ES2861380T3 - Manufacturing procedure of a photovoltaic module that has low resistive losses - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de fabricación de un módulo fotovoltaico que comprende sucesivamente las siguientes etapas: - prever células fotovoltaicas (10) que incluyen dedos colectores (12); - recortar (F1) las células fotovoltaicas (10) según una primera dirección (41) perpendicular a los dedos colectores para conformar una pluralidad de subcélulas (40, 70); - alinear (F2) subcélulas (40, 70) en una segunda dirección (42) perpendicular a la primera dirección (41), al objeto de constituir grupos (400, 700) de subcélulas aisladas eléctricamente, teniendo cada grupo de subcélulas una dimensión (L') en la segunda dirección (42) sensiblemente idéntica a la dimensión (L) de las células fotovoltaicas (10) en la segunda dirección; - formar (F3) simultáneamente una pluralidad de cadenas (410, 710) de subcélulas conectadas en serie, alineando sucesivamente los grupos (400, 700) de subcélulas (40, 70) en la primera dirección (41) e interconectando los grupos (400, 700) de subcélulas (40, 70) alineados, siendo asidas simultáneamente las subcélulas (40, 70) de cada grupo (400, 700) y perteneciendo a cadenas (410, 710) de subcélulas diferentes; y - conectar (F4-F5) eléctricamente en serie las cadenas (410, 710) de subcélulas (40, 70).Method of manufacturing a photovoltaic module that successively comprises the following steps: - providing photovoltaic cells (10) that include collector fingers (12); - cutting (F1) the photovoltaic cells (10) according to a first direction (41) perpendicular to the collector fingers to form a plurality of subcells (40, 70); - aligning (F2) subcells (40, 70) in a second direction (42) perpendicular to the first direction (41), in order to constitute groups (400, 700) of electrically isolated subcells, each group of subcells having one dimension ( L ') in the second direction (42) substantially identical to the dimension (L) of the photovoltaic cells (10) in the second direction; - forming (F3) simultaneously a plurality of chains (410, 710) of subcells connected in series, successively aligning the groups (400, 700) of subcells (40, 70) in the first direction (41) and interconnecting the groups (400 , 700) of aligned sub-cells (40, 70), the sub-cells (40, 70) of each group (400, 700) being simultaneously grasped and belonging to chains (410, 710) of different sub-cells; and - connecting (F4-F5) electrically in series the chains (410, 710) of sub-cells (40, 70).
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Procedimiento de fabricación de un módulo fotovoltaico que tiene bajas pérdidas resistivasManufacturing procedure of a photovoltaic module that has low resistive losses
Campo técnicoTechnical field
La presente invención concierne a un procedimiento de fabricación de un módulo fotovoltaico, en el que las células fotovoltaicas están divididas en subcélulas y las subcélulas están conectadas en serie con el fin disminuir la corriente eléctrica generada por el módulo y de elevar el voltaje entre sus bornes.The present invention concerns a method of manufacturing a photovoltaic module, in which the photovoltaic cells are divided into sub-cells and the sub-cells are connected in series in order to reduce the electrical current generated by the module and to increase the voltage between its terminals. .
Estado de la técnicaState of the art
Un módulo fotovoltaico comprende una multiplicidad de células fotovoltaicas idénticas conectadas en serie y/o en paralelo con el fin de suministrar a su salida el voltaje y/o la corriente requeridos para alimentar dispositivos eléctricos. El formato más corriente de módulo emplea 60 células cuadradas (o “seudocuadradas”), de 156 mm de lado, repartidas en seis “cadena”» (“strings” en inglés) de diez células conectadas en serie. Asimismo, las seis cadenas de células fotovoltaicas están conectadas en serie. El voltaje de circuito abierto en bornes del módulo es entonces igual a 60 veces el voltaje de umbral de una célula fotovoltaica. Por ejemplo, con células fotovoltaicas de homounión de silicio que presentan un voltaje de umbral del orden de 0,65 V, el voltaje de circuito abierto en bornes del módulo alcanza 39 V aproximadamente.A photovoltaic module comprises a multiplicity of identical photovoltaic cells connected in series and / or in parallel in order to supply at their output the voltage and / or current required to power electrical devices. The most common module format uses 60 square (or “pseudo-square”) cells, 156 mm on a side, divided into six “strings” of ten cells connected in series. Also, the six strings of photovoltaic cells are connected in series. The open circuit voltage across the module's terminals is then equal to 60 times the threshold voltage of a photovoltaic cell. For example, with silicon homojunction photovoltaic cells that have a threshold voltage of the order of 0.65 V, the open circuit voltage across the module terminals reaches approximately 39 V.
Habida cuenta de que todas las células fotovoltaicas de este módulo están conectadas en serie, la corriente eléctrica del módulo corresponde prácticamente a la corriente suministrada por cada célula fotovoltaica (a efectos prácticos, las células fotovoltaicas no tienen exactamente la misma eficiencia y la corriente eléctrica viene limitada por la célula menos eficiente del módulo). Con las últimas tecnologías de células fotovoltaicas, en especial la tecnología PERT (por “Passivated Emitter and Rear Totally diffused” en inglés), la corriente de una célula monofacial de 156 x 156 mm2 de superficie alcanza unos valores elevados, del orden de 9 A para una irradiancia solar de 1000 W/m2. Estos valores de corriente se incrementan en aproximadamente el 20 % cuando se utiliza una célula bifacial, debido a la radiación solar difusa captada en la cara posterior de la célula.Since all the photovoltaic cells of this module are connected in series, the electrical current of the module corresponds practically to the current supplied by each photovoltaic cell (for practical purposes, the photovoltaic cells do not have exactly the same efficiency and the electrical current comes from limited by the least efficient cell of the module). With the latest photovoltaic cell technologies, especially PERT technology (for “Passivated Emitter and Rear Totally diffused” in English), the current of a monofacial cell with a surface area of 156 x 156 mm2 reaches high values, of the order of 9 A for a solar irradiance of 1000 W / m2. These current values increase by approximately 20% when using a bifacial cell, due to diffuse solar radiation captured on the back of the cell.
Los portadores de carga fotogenerados, que contribuyen a la corriente eléctrica de la célula fotovoltaica, son colectados gracias a una red de electrodos depositada en la cara anterior de la célula. Estos electrodos, también denominados dedos colectores, son estrechos (< 100pm). Generalmente se conforman por serigrafía de una pasta contenedora de plata. La cara posterior de la célula está, bien recubierta con otra red de electrodos (caso de las células bifaciales), o bien con una capa metálica llena, por ejemplo de aluminio (caso de las células monofaciales). La corriente eléctrica, a continuación, circula por unas interconexiones de una célula a otra de la cadena.The photogenerated charge carriers, which contribute to the electrical current of the photovoltaic cell, are collected thanks to a network of electrodes deposited on the front face of the cell. These electrodes, also called collecting fingers, are narrow (<100pm). They are generally formed by screen printing of a silver containing paste. The back face of the cell is either covered with another array of electrodes (in the case of bifacial cells), or with a full metal layer, for example with aluminum (in the case of monofacial cells). The electric current then flows through interconnections from one cell to another in the chain.
A día de hoy, se distinguen dos grandes técnicas para interconectar las células fotovoltaicas de una cadena: las interconexiones en forma de tira y las interconexiones en forma de hilo eléctrico. Estas dos técnicas se representan respectivamente mediante las figuras 1 y 2.Today, two major techniques are distinguished for interconnecting photovoltaic cells in a chain: interconnections in the form of a strip and interconnections in the form of an electrical wire. These two techniques are represented respectively by Figures 1 and 2.
En la figura 1, las interconexiones entre las células 10 están constituidas a partir de tiras 11 de cobre recubiertas con una aleación fusible, típicamente una aleación de estaño y de plomo o una aleación de estaño y de plata. Estas tiras 11 de sección rectangular están soldadas sobre unas pistas conductoras denominadas “barras de conexión” (o busbars) y conformadas al mismo tiempo que los dedos colectores 12 por serigrafía. Las barras de conexión unen eléctricamente los dedos colectores 12 y están orientadas perpendicularmente a los dedos colectores 12.In Figure 1, the interconnections between cells 10 are formed from copper strips 11 coated with a fusible alloy, typically a tin-lead alloy or a tin-silver alloy. These strips 11 of rectangular section are welded onto conductive tracks called "connecting bars" (or busbars) and shaped at the same time as the collector fingers 12 by screen printing. The connecting bars electrically connect the collector fingers 12 and are oriented perpendicular to the collector fingers 12.
Una célula de 156 mm x 156 mm generalmente cuenta con tres tiras de 1,5 mm de ancho o cuatro tiras de 1,2 mm de ancho, teniendo estas tiras un espesor del orden de 0,2 mm. Cada tira 11 conecta la cara anterior de una célula 10 con la cara posterior de la célula siguiente en la cadena (no representada en la figura 1). La puesta en serie de las células fotovoltaicas 10 por medio de las tiras 11 se efectúa de manera completamente automatizada, en un equipo denominado “stringer”.A 156mm x 156mm cell generally has three 1.5mm wide strips or four 1.2mm wide strips, these strips having a thickness of the order of 0.2mm. Each strip 11 connects the front face of a cell 10 with the back face of the next cell in the chain (not shown in Figure 1). The series placing of the photovoltaic cells 10 by means of the strips 11 is carried out in a completely automated way, in a device called "stringer".
Varios proveedores de equipos proponen a partir de ahora sustituir las tiras de cobre por hilos eléctricos de menor sección. Por ejemplo, la tecnología “Multi-Busbar” desarrollada por la firma “Schmid” y descrita en el artículo [“Multibusbar solar cells and modules: high efficiencies and low silver consumption”, S. Braun et al., Energy Procedia, vol. 38, pp. 334-339, 2013] multiplica el número de barras de conexión depositadas sobre la célula, pasando de tres a quince barras de conexión, y suelda a cada barra de conexión un hilo de 200 pm de diámetro. Esta tecnología se esquematiza en la figura 2. Los hilos 20 están constituidos a partir de cobre y recubiertos con una fina capa de una aleación basada en estaño-plomo o en estaño-plata cuyo punto de fusión está situado por encima de 170 °C. Las barras de conexión tienen una forma discontinua. Se componen de lengüetas de metalización 21, de aproximadamente 500 pm x 700 pm, alineadas sobre los dedos colectores 12. Las lengüetas de metalización 21 y los dedos colectores 12 están realizados generalmente por serigrafía de una pasta de plata. La soldadura de los hilos 20 sobre las lengüetas 21 tiene lugar inmediatamente después de haber posado los hilos sobre las lengüetas, en el mismo equipo, calentando estos elementos a una temperatura del orden de 200 °C. De este modo, se funde la aleación que recubre los hilos de cobre. Several equipment suppliers now propose to replace the copper strips with electrical wires with a smaller section. For example, the “Multi-Busbar” technology developed by the firm “Schmid” and described in the article [“Multibusbar solar cells and modules: high efficiencies and low silver consumption”, S. Braun et al., Energy Procedia, vol. 38, pp. 334-339, 2013] multiplies the number of connection bars deposited on the cell, going from three to fifteen connection bars, and welds a 200 pm diameter wire to each connection bar. This technology is outlined in Figure 2. The wires 20 are made of copper and covered with a thin layer of an alloy based on tin-lead or tin-silver whose melting point is above 170 ° C. The connecting bars have a discontinuous shape. They are made up of metallization tabs 21, approximately 500 pm x 700 pm, aligned on the collector fingers 12. The metallization tabs 21 and collector fingers 12 are generally made by screen printing of a silver paste. The welding of the wires 20 on the tabs 21 takes place immediately after the wires have been placed on the tabs, in the same equipment, heating these elements to a temperature of the order of 200 ° C. In this way, the alloy that covers the copper wires is melted.
La tecnología “SmartWire”, desarrollada por la firma “Meyer Burger” y descrita en el artículo [“Smart Wire Connection Technology”, T. Sóderstróm et al., Proceedings of the 28th European Photovoltaics Solar Energy Conference, pp. 495 499, 2013], consiste en depositar una mecha de 18 a 36 hilos de 200 gm o 300 gm de diámetro directamente sobre los dedos colectores. En otras palabras, las células fotovoltaicas están desprovistas de barras de conexión. Los hilos están mantenidos por una película soporte de politereftalato de etileno (PET), que se pega sobre cada cara de las células. Los hilos tienen un alma de cobre y un recubrimiento exterior formado por una aleación basada en indio. Esta aleación posee una temperatura de fusión inferior a 150 °C, lo cual permite realizar la conexión eléctrica, entre los hilos y los dedos colectores, no tanto en la etapa de interconexión de las células (mediante calentamiento localizado en torno a 200 °C), sino en la etapa de laminado de los módulos fotovoltaicos (que se lleva a cabo a temperatura más baja, generalmente en torno a 150-160 °C).The “SmartWire” technology, developed by the firm “Meyer Burger” and described in the article [“Smart Wire Connection Technology”, T. Sóderstróm et al., Proceedings of the 28th European Photovoltaics Solar Energy Conference, pp. 495 499, 2013], consists of depositing a wick of 18 to 36 threads of 200 gm or 300 gm in diameter directly on the collector fingers. In other words, photovoltaic cells are devoid of connecting bars. The threads are supported by a support film of polyethylene terephthalate (PET), which is glued on each face of the cells. The wires have a copper core and an outer coating made of an indium-based alloy. This alloy has a melting temperature lower than 150 ° C, which allows the electrical connection between the wires and the collector fingers, not so much in the interconnection stage of the cells (by localized heating around 200 ° C) , but rather in the lamination stage of the photovoltaic modules (which is carried out at a lower temperature, generally around 150-160 ° C).
Las interconexiones en forma de hilo eléctrico permiten reducir la longitud de los dedos colectores con respecto a la configuración de tres barras de conexión (Fig. 1), pues el número de hilos es mayor que el número de tiras. Este aumento del número de interconexiones no necesariamente tiene una repercusión en el sombreado de la célula fotovoltaica en virtud del menor tamaño de los hilos. Por el contrario, permite reducir considerablemente la cantidad de plata utilizada para imprimir los dedos colectores. En efecto, al ser los dedos colectores menos largos, se puede, bien reducir la anchura de los dedos, o bien utilizar una pasta menos rica en plata (y, por tanto, menos conductora) para una resistencia serie equivalente. Adicionalmente, merced a su sección circular, los hilos eléctricos tienen un sombreado efectivo sobre la célula fotovoltaica igual a solamente el 70 % de su diámetro, contra el 100 % de la anchura de las tiras. De este modo, para un conjunto de interconexiones que tienen una misma sección transversal, el porcentaje de sombreado sobre células fotovoltaicas interconectadas por hilos es menor que aquel sobre células fotovoltaicas interconectadas por tiras.The interconnections in the form of an electric wire make it possible to reduce the length of the collector fingers with respect to the configuration of three connecting bars (Fig. 1), since the number of wires is greater than the number of strips. This increase in the number of interconnections does not necessarily have an impact on the shading of the photovoltaic cell due to the smaller size of the wires. On the contrary, it allows to considerably reduce the amount of silver used to print the collector fingers. In effect, since the collector fingers are shorter, it is possible either to reduce the width of the fingers, or to use a paste that is less rich in silver (and therefore less conductive) for an equivalent series resistance. Additionally, thanks to their circular section, the electric wires have an effective shading on the photovoltaic cell equal to only 70% of their diameter, against 100% of the width of the strips. Thus, for a set of interconnections having the same cross section, the percentage of shading on photovoltaic cells interconnected by wires is lower than that on photovoltaic cells interconnected by strips.
Los dedos colectores son causa de pérdidas resistivas que desvirtúan el factor de llenado (FF, por “Fill Factor” en inglés) de la célula fotovoltaica y, por tanto, su rendimiento. Recuérdese que el factor de llenado FF representa la “desviación” de la característica I-V real de la célula con respecto a una característica ideal rectangular. Su expresión es la siguiente:The collector fingers are the cause of resistive losses that distort the filling factor (FF) of the photovoltaic cell and, therefore, its performance. Remember that the fill factor FF represents the "deviation" of the real I-V characteristic of the cell from an ideal rectangular characteristic. Its expression is the following:
PoptPopt
FFFF
íce x VcoIce x Vco
donde Popt es la potencia suministrada por la célula en el punto de funcionamiento óptimo de la característica I-V real, Icc es la corriente de cortocircuito y Vco es el voltaje de circuito abierto. El rendimiento n de la célula se relaciona con el factor de llenado FF mediante la siguiente relación:where P opt is the power supplied by the cell at the optimum operating point of the true IV characteristic, I cc is the short-circuit current and V co is the open-circuit voltage. Cell performance n is related to fill factor FF by the following relationship:
Veo ■ 1cc ■ FFI see ■ 1cc ■ FF
donde P¡ es la potencia de la radiación solar incidente.where P, is the power of the incident solar radiation.
A estas pérdidas resistivas en el dominio de la célula, hay que añadirles las pérdidas resistivas en el dominio del módulo, es decir, en las interconexiones. Las pérdidas resistivas en las interconexiones son proporcionales al cuadrado de la corriente eléctrica I generada por el módulo y a la resistencia serie RS de las interconexiones, que en especial depende de la sección de cobre utilizada.To these resistive losses in the cell domain, we must add the resistive losses in the module domain, that is, in the interconnections. The resistive losses in the interconnections are proportional to the square of the electrical current I generated by the module and to the series resistance RS of the interconnections, which in particular depends on the copper section used.
Por lo tanto, consistiría una solución para disminuir estas pérdidas resistivas en aumentar la sección de las tiras o hilos de cobre para disminuir su resistencia serie Rs. No obstante, esta solución rara vez se lleva a la práctica debido a dos grandes inconvenientes. Aumentar la sección de cobre (especialmente por intermedio de su espesor) acarrearía un aumento de las tensiones mecánicas en las interconexiones (debidas a la diferencia de los coeficientes de expansión térmica entre el cobre y el silicio), lo cual iría en detrimento de la fiabilidad de los módulos. El aumento de la sección de cobre por intermedio de su anchura tendría un impacto negativo sobre el porcentaje de sombreado de las células fotovoltaicas.Therefore, a solution to reduce these resistive losses would consist in increasing the section of the copper strips or wires to decrease their series resistance R s . However, this solution is rarely implemented due to two major drawbacks. Increasing the copper section (especially through its thickness) would lead to an increase in mechanical stresses in the interconnections (due to the difference in the coefficients of thermal expansion between copper and silicon), which would be detrimental to reliability of the modules. Increasing the copper section through its width would have a negative impact on the percentage of shading of the photovoltaic cells.
La figura 3 ilustra una manera más eficaz de disminuir las pérdidas resistivas en las interconexiones, conectando en serie semicélulas 30, es decir, mitades de células fotovoltaicas, en vez de células enteras. En efecto, dividiendo por dos la superficie de las células elementales que componen las cadenas del módulo, asimismo se divide por dos la corriente eléctrica del módulo. Las pérdidas resistivas en las interconexiones se ven reducidas entonces en un factor cuatro. El número de células elementales en el módulo se multiplica generalmente por dos, con el fin de duplicar el voltaje en bornes del módulo y conservar el mismo tamaño de módulo.Figure 3 illustrates a more efficient way to decrease resistive losses in the interconnections by connecting half cells 30 in series, that is, photovoltaic cell halves, rather than whole cells. Indeed, by dividing by two the surface of the elementary cells that make up the chains of the module, the electrical current of the module is also divided by two. The resistive losses in the interconnections are then reduced by a factor of four. The number of elementary cells in the module is generally multiplied by two, in order to double the voltage across the module's terminals and keep the same module size.
Las semicélulas 30 son producidas cortando células fotovoltaicas enteras 10 paralelamente a los dedos colectores 12 (cf. Fig. 1), por ejemplo, por medio de un láser. Seguidamente, las semicélulas 30 se conectan en serie de la misma manera que células enteras. A día de hoy, se comercializan equipos de tipo stringer adaptados al formato de las semicélulas para formar cadenas de semicélulas, como la representada en la figura 3. Estos equipos funcionan con tiras de cobre 11 según las configuraciones usuales de 3 ó 4 barras de conexión. The half cells 30 are produced by cutting entire photovoltaic cells 10 parallel to the collecting fingers 12 (cf. Fig. 1), for example, by means of a laser. Next, the half cells 30 are connected in series in the same way as whole cells. Today, stringer-type equipment adapted to the format of the half-cells is marketed to form chains of half-cells, such as the one represented in figure 3. These equipment work with copper strips 11 according to the usual configurations of 3 or 4 connection bars. .
De este modo, en vez de un módulo que comprende 60 células fotovoltaicas de tamaño estándar (por ejemplo, 156 mm x 156 mm), se puede fabricar un módulo que comprende 120 semicélulas (de 156 mm x 78 mm) conectadas todas ellas en serie. Los módulos basados en semicélulas tienen generalmente un mejor factor de llenado que los módulos basados en células enteras y, por consiguiente, una potencia eléctrica Popt superior (a superficie de células constante). In this way, instead of a module comprising 60 standard-size photovoltaic cells (for example, 156mm x 156mm), a module can be manufactured comprising 120 half-cells (156mm x 78mm) all connected in series. . Modules based on half cells generally have a better fill factor than modules based on whole cells and consequently a higher electrical power P opt (at constant cell surface).
Como contrapartida de esta mejor eficiencia, la cadencia de las líneas de fabricación de módulos fotovoltaicos se reduce a la mitad, pues el stringer debe manipular un número dos veces más elevado de células elementales.As a counterpart to this better efficiency, the speed of the photovoltaic module manufacturing lines is reduced by half, as the stringer must handle twice as many elementary cells.
Se ve, entonces, que los actuales equipos constituyen un freno para la obtención de módulos fotovoltaicos que tengan valores de corriente aún más baja y, por tanto, pérdidas resistivas muy limitadas. En efecto, la cadencia de producción, si se divide por dos al utilizar semicélulas, se divide por cuatro conectando en serie cuartos de célula recortados paralelamente a los dedos colectores. Ahora bien, desarrollar nuevos equipos no solo es lento y arriesgado para los proveedores de equipos, sino que adicionalmente obligaría a los fabricantes de módulos fotovoltaicos a sustituir sus parques de máquinas.It is seen, then, that the current equipment constitutes a brake for obtaining photovoltaic modules that have even lower current values and, therefore, very limited resistive losses. Indeed, the production rate, if divided by two when using half-cells, is divided by four by connecting in series quarters of cells cut parallel to the collector fingers. However, developing new equipment is not only slow and risky for equipment suppliers, but it would also force manufacturers of photovoltaic modules to replace their machine parks.
Por otro lado, los documentos WO 2013/020111, US 2013/139871 y DE 102008043833 describen procedimientos que permiten fabricar módulos fotovoltaicos flexibles y de alto voltaje. Asimismo, estos procedimientos prevén utilizar subcélulas recortadas de células fotovoltaicas de tamaño completo. El corte se realiza por medio de un láser, después de haber pegado sobre la cara anterior de la célula fotovoltaica unas hojas de vidrio o teflón con las dimensiones de las subcélulas. La toma de contacto en la cara posterior se conforma para cada subcélula después de su recorte. Seguidamente, se interconectan las células en serie y se laminan entre unas placas anterior y posterior flexibles. Se describen sistemas de interconexión de células fotovoltaicas en un módulo en los documentos DE 102012220221, US 2007294883 y US 2003127124.On the other hand, documents WO 2013/020111, US 2013/139871 and DE 102008043833 describe processes that make it possible to manufacture flexible and high-voltage photovoltaic modules. Also, these procedures envisage using sub-cells cut from full-size photovoltaic cells. The cut is carried out by means of a laser, after having glued glass or Teflon sheets with the dimensions of the sub-cells to the front face of the photovoltaic cell. The touchdown on the rear face is formed for each subcell after trimming. The cells are then interconnected in series and laminated between flexible anterior and posterior plates. Photovoltaic cell interconnection systems in a module are described in DE 102012220221, US 2007294883 and US 2003127124.
Sumario de la invenciónSummary of the invention
Existe una necesidad, tanto para los fabricantes de módulos como para sus proveedores de equipos, de poder fabricar módulos fotovoltaicos de menor corriente eléctrica, sin tener que cambiar por completo los actuales equipos y sin reducir más la cadencia de producción de estos módulos.There is a need, both for module manufacturers and for their equipment suppliers, to be able to manufacture photovoltaic modules with lower electrical current, without having to completely change the current equipment and without further reducing the production rate of these modules.
De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se tiende a satisfacer esta necesidad previendo un procedimiento de fabricación de módulo fotovoltaico según la reivindicación 1 que comprende sucesivamente las siguientes etapas:According to a first aspect of the invention, the aim is to satisfy this need by providing a photovoltaic module manufacturing process according to claim 1 that successively comprises the following steps:
- prever células fotovoltaicas que incluyen dedos colectores;- foresee photovoltaic cells that include collector fingers;
- recortar las células fotovoltaicas según una primera dirección perpendicular a los dedos colectores para conformar una pluralidad de subcélulas;- cutting the photovoltaic cells according to a first direction perpendicular to the collector fingers to form a plurality of subcells;
- alinear subcélulas en una segunda dirección perpendicular a la primera dirección, al objeto de constituir grupos de subcélulas aisladas eléctricamente, teniendo cada grupo de subcélulas una dimensión en la segunda dirección sensiblemente idéntica a la dimensión de las células fotovoltaicas en la segunda dirección; aligning subcells in a second direction perpendicular to the first direction, in order to form groups of electrically isolated subcells, each group of subcells having a dimension in the second direction substantially identical to the dimension of the photovoltaic cells in the second direction;
- alinear los grupos de subcélulas en la primera dirección, manipulando de uno en uno los grupos de subcélulas, e interconectar los grupos de subcélulas al objeto de formar una pluralidad de cadenas de subcélulas conectadas en serie, perteneciendo las subcélulas de cada grupo a diferentes cadenas de subcélulas; y- aligning the groups of sub-cells in the first direction, manipulating the groups of sub-cells one by one, and interconnecting the groups of sub-cells in order to form a plurality of chains of sub-cells connected in series, the sub-cells of each group belonging to different chains of sub-cells; and
- conectar eléctricamente en serie las cadenas de subcélulas.- electrically connect the chains of sub-cells in series.
Para fabricar de manera más económica módulos fotovoltaicos de baja corriente eléctrica, se propone un procedimiento en el cual se disponen trozos de células fotovoltaicas denominados “subcélulas” unos próximos a otros y se manipulan en grupo, con el fin de conformar simultáneamente varias cadenas de subcélulas. En cambio, en los procedimientos de fabricación de la técnica anterior, las cadenas de subcélulas se forman de una en una, pues las subcélulas (recortadas en un mismo sentido, paralelamente a los dedos colectores) son manipuladas individualmente. In order to more economically manufacture photovoltaic modules with low electrical current, a process is proposed in which pieces of photovoltaic cells called "sub-cells" are arranged close to each other and are manipulated in groups, in order to simultaneously form several chains of sub-cells. . On the other hand, in the manufacturing processes of the prior art, the chains of sub-cells are formed one at a time, since the sub-cells (cut in the same direction, parallel to the collector fingers) are handled individually.
Gracias a que los grupos de subcélulas conservan una de las dimensiones estándar de las células fotovoltaicas (por ejemplo, la dimensión “156 mm”), los actuales stringers pueden ser utilizados para conectar en serie las subcélulas de cada cadena. Estos equipos solamente requieren algunas pequeñas modificaciones para manipular los grupos de subcélulas, en lugar de semicélulas o de células enteras. De este modo, los proveedores de equipos podrán, con un menor coste, adaptar las máquinas existentes y responder eficazmente a las necesidades de módulos fotovoltaicos de baja corriente eléctrica.Thanks to the fact that the groups of sub-cells retain one of the standard dimensions of photovoltaic cells (for example, the dimension “156 mm”), the current stringers can be used to connect the sub-cells of each chain in series. These kits only require a few small modifications to manipulate groups of sub cells, rather than half cells or whole cells. In this way, equipment suppliers will be able, at a lower cost, to adapt existing machines and respond effectively to the needs of low-current photovoltaic modules.
Por ejemplo, recortando cada célula fotovoltaica en 2, 3 ó 4 subcélulas según la primera dirección únicamente, es decir, perpendicularmente a los dedos colectores de la célula, el procedimiento según la invención permite formar, respectivamente, 2, 3 ó 4 cadenas de subcélulas en tanto tiempo como una cadena de células enteras, utilizando un stringer de células enteras. La cadena de producción de los módulos fotovoltaicos resulta entonces elevada. En el caso de módulos “semicélulas” especialmente, esta se duplica con respecto al procedimiento de fabricación de la técnica anterior. For example, by cutting each photovoltaic cell into 2, 3 or 4 sub-cells according to the first direction only, that is to say, perpendicular to the collecting fingers of the cell, the method according to the invention makes it possible to form, respectively, 2, 3 or 4 chains of sub-cells in as long as a whole cell chain, using a whole cell stringer. The production chain for photovoltaic modules is then long. In the case of "half-cell" modules especially, this is doubled with respect to the manufacturing process of the prior art.
En un modo preferente de puesta en práctica del procedimiento según la invención, las células fotovoltaicas se recortan una vez según la segunda dirección, es decir, paralelamente a los dedos colectores, y al menos una vez según la primera dirección, es decir, perpendicularmente a los dedos colectores. De este modo, cuando el recorte de las células tiene lugar primero en la segunda dirección, se obtienen dos semicélulas (de igual superficie) en cuyo seno se recortan continuación las subcélulas.In a preferred mode of implementation of the method according to the invention, the photovoltaic cells are trimmed once in the second direction, that is, parallel to the collector fingers, and at least once in the first direction, that is, perpendicular to the collecting fingers. In this way, when the cells are cut first in the second direction, two half-cells (of equal surface area) are obtained, within which the sub-cells are then cut.
Este modo de puesta en práctica permite formar varias cadenas constituidas a partir de subcélulas, de formato más pequeño que el de las semicélulas, en tanto tiempo como una cadena de semicélulas gracias a un stringer de semicélulas. De este modo, se pueden fabricar módulos fotovoltaicos con menores valores de corriente que la de un módulo semicélulas, sin disminuir más la cadencia de producción.This way of putting it into practice makes it possible to form several chains made up of sub-cells, of a smaller format than that of half-cells, in as much time as a chain of half-cells thanks to a half-cell stringer. In this way, photovoltaic modules can be manufactured with lower current values than that of a half-cell module, without further reducing the production rate.
El procedimiento según la invención puede presentar, asimismo, una o varias de las subsiguientes características, consideradas individualmente o según todas las combinaciones técnicamente posibles:The method according to the invention can also have one or more of the following characteristics, considered individually or according to all technically possible combinations:
- los grupos de subcélulas se interconectan de dos en dos por medio de tiras eléctricas de modo que cada cara de las subcélulas esté en contacto con al menos una tira;- the groups of subcells are interconnected two by two by means of electrical strips so that each face of the subcells is in contact with at least one strip;
- las tiras eléctricas tienen una anchura inferior o igual a 1 mm y un espesor inferior o igual a 180 gm;- the electrical strips have a width of less than or equal to 1 mm and a thickness of less than or equal to 180 gm;
- los grupos de subcélulas se interconectan de dos en dos por medio de hilos eléctricos de modo que cada cara de las subcélulas esté en contacto con una pluralidad de hilos eléctricos;the groups of subcells are interconnected two by two by means of electrical wires so that each face of the subcells is in contact with a plurality of electrical wires;
- los hilos eléctricos son solidarios de un soporte de material de polímero y contactan con los dedos colectores de las subcélulas;- the electric wires are integral with a support made of polymer material and contact the collector fingers of the sub-cells;
- los grupos de subcélulas se interconectan presionando una hoja de soporte a ambos lados de cada grupo de subcélulas, estando repartidos los hilos eléctricos en la superficie de cada hoja de soporte en contacto con el grupo de subcélulas, y en el que las hojas de soporte se recortan con posterioridad para separar las diferentes cadenas de subcélulas;- the groups of sub-cells are interconnected by pressing a support sheet on both sides of each group of sub-cells, the electrical wires being distributed on the surface of each support sheet in contact with the group of sub-cells, and in which the support sheets they are subsequently trimmed to separate the different chains of sub-cells;
- los grupos de subcélulas se interconectan presionando varios trozos diferenciados del soporte a ambos lados de cada grupo de subcélulas, estando repartidos unos hilos eléctricos en la superficie de cada trozo del soporte en contacto con el grupo de subcélulas, y en el que cada trozo del soporte pertenece a una sola cadena de subcélulas;- The groups of sub-cells are interconnected by pressing several differentiated pieces of the support on both sides of each group of sub-cells, electrical wires being distributed on the surface of each piece of the support in contact with the group of sub-cells, and in which each piece of the support belongs to a single chain of sub-cells;
- los hilos eléctricos tienen un diámetro inferior o igual a 200 gm;- the electric wires have a diameter less than or equal to 200 gm;
- las subcélulas pertenecientes a las cadenas de subcélulas conectadas en serie son de un mismo tipo y están orientadas en un mismo sentido;- the sub-cells belonging to the chains of sub-cells connected in series are of the same type and are oriented in the same direction;
- las subcélulas pertenecientes a una primera cadena y las subcélulas pertenecientes a una segunda cadena adyacente a la primera cadena son de tipos opuestos o están orientadas en sentidos opuestos;- the sub-cells belonging to a first chain and the sub-cells belonging to a second chain adjacent to the first chain are of opposite types or are oriented in opposite directions;
- las subcélulas pertenecientes a las cadenas de subcélulas conectadas en serie son de igual superficie; - las subcélulas de un grupo son originarias de la misma célula fotovoltaica; y- the sub-cells belonging to the chains of sub-cells connected in series have the same surface area; - the subcells of a group originate from the same photovoltaic cell; and
- cada grupo de subcélulas comprende 2, 3, 4 ó 5 subcélulas.- each group of sub-cells comprises 2, 3, 4 or 5 sub-cells.
Un segundo aspecto de la invención concierne a un sistema según la reivindicación 11 que permite interconectar porciones de célula fotovoltaica, comprendiendo las porciones de célula fotovoltaica unos dedos colectores orientados perpendicularmente a una primera dirección. Este sistema incluye:A second aspect of the invention concerns a system according to claim 11 that makes it possible to interconnect photovoltaic cell portions, the photovoltaic cell portions comprising collector fingers oriented perpendicular to a first direction. This set includes:
- una estación de carga configurada para distribuir grupos de varias porciones de célula aisladas eléctricamente y alineadas en una segunda dirección perpendicular a la primera dirección, teniendo cada grupo de porciones de célula una dimensión en la segunda dirección sensiblemente idéntica a la dimensión de la célula fotovoltaica en la segunda dirección;- a charging station configured to distribute groups of several electrically isolated cell portions aligned in a second direction perpendicular to the first direction, each group of cell portions having a dimension in the second direction substantially identical to the dimension of the photovoltaic cell in the second direction;
- una estación de ensamblaje de los grupos de porciones de célula en una pluralidad de cadenas de porciones de célula;- a station for assembling the groups of cell portions into a plurality of chains of cell portions;
- una primera unidad de traslado configurada para capturar cada grupo de porciones de célula y desplazar dicho grupo de porciones de célula de la estación de carga hacia la estación de ensamblaje.- a first transfer unit configured to capture each group of cell portions and move said group of cell portions from the loading station to the assembly station.
El sistema de interconexión según la invención puede presentar, asimismo, una o varias de las subsiguientes características, consideradas individualmente o según todas las combinaciones técnicamente posibles:The interconnection system according to the invention may also have one or more of the following characteristics, considered individually or according to all technically possible combinations:
- la primera unidad de traslado comprende boquillas de aspiración configuradas para aspirar simultáneamente todas las porciones de célula de dicho grupo; - the first transfer unit comprises suction nozzles configured to simultaneously suck all the cell portions of said group;
- el sistema de interconexión comprende una estación de corte de células fotovoltaicas en porciones de célula, situada aguas arriba de la estación de carga;- the interconnection system comprises a station for cutting photovoltaic cells into cell portions, located upstream of the charging station;
- el sistema de interconexión comprende un módulo de distribución de hilos eléctricos solidarios de un soporte, y en el que la estación de ensamblaje está configurada para relacionar mecánicamente el soporte de los hilos eléctricos con los grupos de porciones de célula;- the interconnection system comprises a module for distributing electrical wires integral with a support, and in which the assembly station is configured to mechanically link the support of the electrical wires with the groups of cell portions;
- el sistema de interconexión comprende un dispositivo de corte configurado para recortar el soporte de los hilos eléctricos después del ensamblaje de los grupos de porciones de célula, en orden a separar las cadenas de porciones de célula;- the interconnection system comprises a cutting device configured to cut the support of the electric wires after assembling the groups of cell portions, in order to separate the chains of cell portions;
- el sistema de interconexión comprende una segunda unidad de traslado configurada para asir individualmente cada una de las cadenas de porciones de célula procedentes de la estación de ensamblaje y para girar 180° dicha cadena asida; y- the interconnection system comprises a second transfer unit configured to individually grasp each of the chains of cell portions coming from the assembly station and to rotate said grasped chain 180 °; and
- el sistema de interconexión comprende una segunda unidad de traslado configurada para asir colectivamente varias cadenas de porciones de célula procedentes de la estación de ensamblaje, para liberar una primera parte de dichas cadenas asidas y para girar 180° una segunda parte restante de dichas cadenas asidas. - the interconnection system comprises a second transfer unit configured to collectively grasp several chains of cell portions coming from the assembly station, to release a first part of said grasped chains and to rotate 180 ° a remaining second part of said grasped chains .
Breve descripción de las figurasBrief description of the figures
Otras características y ventajas de la invención se desprenderán claramente de la descripción que de la misma se da a continuación, a título indicativo y sin carácter limitativo alguno, haciendo referencia a las figuras que se acompañan, de las que:Other characteristics and advantages of the invention will be clearly deduced from the description that follows, by way of indication and without any limitation, with reference to the accompanying figures, of which:
las figuras 1 y 2 representan esquemáticamente dos técnicas de interconexión de células fotovoltaicas según la técnica anterior;Figures 1 and 2 schematically represent two photovoltaic cell interconnection techniques according to the prior art;
la figura 3 representa una cadena de células elementales de un módulo fotovoltaico según la técnica anterior, donde las células elementales se constituyen a partir de semicélulas;Figure 3 represents a chain of elementary cells of a photovoltaic module according to the prior art, where the elementary cells are constituted from half cells;
las figuras 4A a 4E representan etapas de fabricación de un módulo fotovoltaico que comprende una multiplicidad de subcélulas, atendiendo a un modo preferente de puesta en práctica del procedimiento según la invención;Figures 4A to 4E represent manufacturing steps of a photovoltaic module comprising a multiplicity of subcells, according to a preferred way of putting the method according to the invention into practice;
la figura 5C representa una variante de puesta en práctica de la etapa de interconexión de las subcélulas representada en la figura 4C;Figure 5C represents a variant of implementation of the sub-cell interconnection stage represented in Figure 4C;
la figura 6 representa un módulo fotovoltaico obtenido al término de una variante del procedimiento de fabricación según la invención, no estando orientadas de la misma manera las subcélulas de este módulo; yFigure 6 represents a photovoltaic module obtained at the end of a variant of the manufacturing process according to the invention, the subcells of this module not being oriented in the same way; and
la figura 7 representa esquemáticamente un segundo modo de puesta en práctica del procedimiento de fabricación según la invención.Figure 7 schematically represents a second mode of putting into practice the manufacturing method according to the invention.
Para mayor claridad, a través del conjunto de las figuras, los elementos idénticos o similares están señalados mediante idénticos signos de referencia.For greater clarity, throughout the set of figures, identical or similar elements are indicated by identical reference signs.
Descripción detallada de al menos una forma de realizaciónDetailed description of at least one embodiment
En la descripción que sigue, se denomina “cadena de subcélulas” a una sucesión de subcélulas fotovoltaicas unidas mecánicamente y destinadas a ser conectadas eléctricamente en serie. Las subcélulas designan trozos de célula recortados de las células fotovoltaicas de tamaño completo.In the description that follows, a succession of photovoltaic subcells mechanically joined and intended to be electrically connected in series is called a "chain of sub-cells". Subcells designate chunks of cell trimmed from full-size photovoltaic cells.
Se pasa a describir ahora, con referencia a las figuras 4A a 4E, un primer modo preferente de puesta en práctica del procedimiento de fabricación de módulo fotovoltaico según la invención. La cara F de las células y subcélulas fotovoltaicas representadas en estas figuras es la cara anterior, es decir, la cara destinada a quedar expuesta a la radiación solar incidente. En el caso particular de células bifaciales, como las dos caras pueden captar la radiación solar, la cara anterior es aquella que permite obtener el máximo de corriente eléctrica cuando está dirigida hacia la radiación incidente.With reference to FIGS. 4A to 4E, a first preferred mode of putting into practice the method of manufacturing the photovoltaic module according to the invention will now be described. Face F of the photovoltaic cells and sub-cells represented in these figures is the front face, that is, the face intended to be exposed to incident solar radiation. In the particular case of bifacial cells, as both faces can capture solar radiation, the front face is the one that allows the maximum electrical current to be obtained when it is directed towards the incident radiation.
La figura 4A ilustra una primera etapa F1 del procedimiento de fabricación en la que se recortan unas células fotovoltaicas 10 de tamaño completo para conformar subcélulas 40. Las células fotovoltaicas 10 están provistas, al menos en la cara anterior F, de una red de dedos colectores 12. Los dedos colectores 12, de modo convencional, están repartidos por toda la superficie de las células 10. Todos ellos están orientados perpendicularmente a una primera dirección 41.Figure 4A illustrates a first stage F1 of the manufacturing process in which full-size photovoltaic cells 10 are cut to form sub-cells 40. The photovoltaic cells 10 are provided, at least on the front face F, with a network of collector fingers 12. The collecting fingers 12, in a conventional way, are distributed over the entire surface of the cells 10. They are all oriented perpendicular to a first direction 41.
Previamente, se han fabricado las células fotovoltaicas 10 a partir de substratos semiconductores, por ejemplo de silicio. Tienen preferentemente una forma cuadrada o, como se representa en la figura 4A, una forma seudocuadrada. En el formato seudocuadrado, las cuatro esquinas de las células 10 están truncadas o redondeadas. Las células fotovoltaicas 10 son de dimensiones estándar, por ejemplo 156 mm x 156 mm. Previously, photovoltaic cells 10 have been manufactured from semiconductor substrates, for example silicon. They preferably have a square shape or, as shown in Figure 4A, a pseudo-square shape. In the pseudo-square format, the four corners of cells 10 are truncated or rounded. The photovoltaic cells 10 are of standard dimensions, for example 156mm x 156mm.
En este modo preferente de puesta en práctica, las células fotovoltaicas 10 primero se recortan en dos partes 30 de igual superficie, denominadas “semicélulas”, según una segunda dirección 42 paralela a los dedos colectores 12. Se obtienen así dos mitades de células que tienen una longitud L igual a 156 mm y una anchura l igual a 78 mm. La anchura de las semicélulas 30 y de las subcélulas 40 se mide en la primera dirección 41 y su longitud se mide en la segunda dirección 42.In this preferred mode of implementation, the photovoltaic cells 10 are first cut into two parts 30 of equal surface area, called "half cells", in a second direction 42 parallel to the collector fingers 12. In this way, two halves of cells are obtained having a length L equal to 156 mm and a width l equal to 78 mm. The width of the half cells 30 and of the sub cells 40 is measured in the first direction 41 and their length is measured in the second direction 42.
Cada semicélula 30 se recorta a continuación según la primera dirección 41 en varias subcélulas 40. Este recorte se realiza ventajosamente de modo que todas las subcélulas 40 tengan la misma superficie. De este modo, las subcélulas producirán sensiblemente la misma corriente eléctrica y una cadena formada por estas subcélulas no acusará una limitación de su corriente por una subcélula más pequeña. Cuando la célula fotovoltaica 10 inicial es de formato seudocuadrado, las subcélulas 40 correspondientes a los lados de la semicélula 30 tienen una longitud Lsc ligeramente más grande que la propia de las subcélulas tomadas en el interior de la semicélula, con el fin de compensar su esquina truncada. Cuando la célula fotovoltaica 10 inicial es de formato cuadrado, las subcélulas 40 tienen todas ellas la misma longitud Lsc.Each half-cell 30 is then cut out according to the first direction 41 into several sub-cells 40. This cut-out is advantageously carried out in such a way that all sub-cells 40 have the same surface area. In this way, the sub-cells will produce substantially the same electrical current and a chain formed by these sub-cells will not show a limitation of its current by a smaller sub-cell. When the initial photovoltaic cell 10 is of a pseudo-square format, the sub-cells 40 corresponding to the sides of the half-cell 30 have a length L sc slightly greater than that of the sub-cells taken inside the half-cell, in order to compensate for their truncated corner. When the initial photovoltaic cell 10 is square format, the subcells 40 all have the same length L sc .
A título de ejemplo, cada subcélula 40 representa un cuarto de la superficie de una célula fotovoltaica entera 10 cuando las semicélulas 30 se han recortado en dos (en la parte inferior derecha de la figura 4A), un sexto de la superficie de una célula 10 cuando las semicélulas 30 se han recortado en tres (en la parte central derecha de la figura 4A) y un octavo de la superficie de una célula 10 cuando las semicélulas 30 se han recortado en cuatro (en la parte superior derecha de la figura 4A).By way of example, each sub-cell 40 represents a quarter of the surface of an entire photovoltaic cell 10 when the half-cells 30 have been cut in two (in the lower right part of Figure 4A), a sixth of the surface of a cell 10 when the half-cells 30 have been cut into three (in the right center part of Figure 4A) and one eighth of the surface of a cell 10 when the half cells 30 have been cut into four (in the upper right part of Figure 4A) .
El recorte de las subcélulas 40 se puede realizar de diferentes maneras, por ejemplo por serrado, determinando un surco con un láser con posterior clivado de la célula, o mediante una técnica láser denominada TLS (por “Thermal Laser Separation” en inglés), que está basada en una separación térmica iniciada por un láser. La técnica TLS es particularmente ventajosa, pues el láser utilizado no provoca la fusión del silicio. Adicionalmente, el recorte de una célula fotovoltaica 10 se puede realizar en una sola operación merced a esta técnica. De este modo, no es obligatorio recortar primero la célula fotovoltaica 10 en semicélulas 30 para obtener las subcélulas 40.The trimming of the subcells 40 can be carried out in different ways, for example by sawing, determining a groove with a laser with subsequent cleavage of the cell, or by means of a laser technique called TLS (for “Thermal Laser Separation” in English), which it is based on a thermal separation initiated by a laser. The TLS technique is particularly advantageous, since the laser used does not cause the silicon to melt. Additionally, trimming a photovoltaic cell 10 can be performed in a single operation thanks to this technique. Thus, it is not mandatory to first cut the photovoltaic cell 10 into half cells 30 to obtain the sub cells 40.
En el caso de utilización de un láser, el haz graba ventajosamente el lado opuesto al emisor de la célula fotovoltaica 10 que va a recortarse, a fin de evitar los riesgos de cortocircuito. El clivado puede obtenerse en alineación con las zonas fragilizadas por el láser, por ejemplo oprimiendo estas zonas con un material elastomérico, cuando la célula fotovoltaica está posada sobre un soporte no plano. Alternativamente, se puede utilizar un dispositivo de partes móviles que, sujetando por depresión cada una de las futuras subcélulas, permite ejercer tensiones de flexión sobre unos ejes de rotura de la célula mediante un movimiento controlado de las partes móviles. Debido a la sujeción de cada una de las subcélulas, se puede controlar la disposición de las subcélulas procedentes de una misma célula fotovoltaica, lo cual facilita la siguiente etapa del procedimiento.In the case of using a laser, the beam advantageously engraves the opposite side to the emitter of the photovoltaic cell 10 to be cut, in order to avoid the risks of a short circuit. The cleavage can be obtained in alignment with the areas embrittled by the laser, for example by pressing these areas with an elastomeric material, when the photovoltaic cell is resting on a non-flat support. Alternatively, a device with moving parts can be used which, holding each future sub-cell by depression, allows bending stresses to be exerted on the breaking axes of the cell by means of a controlled movement of the moving parts. Due to the clamping of each of the sub-cells, the arrangement of the sub-cells from the same photovoltaic cell can be controlled, which facilitates the next stage of the procedure.
El recorte se realiza ventajosamente de manera completamente automatizada mediante un robot que forma parte de la línea de producción de los módulos fotovoltaicos, ya sea aguas arriba del stringer, es decir, el equipo destinado a conformar las cadenas de subcélulas, ya sea en el propio seno del stringer. En otras palabras, el stringer puede incluir una estación de corte de las células fotovoltaicas en subcélulas de acuerdo con la etapa F1.The trimming is advantageously carried out in a completely automated way by means of a robot that is part of the production line of the photovoltaic modules, either upstream of the stringer, that is, the equipment destined to form the chains of sub-cells, either in the same stringer sinus. In other words, the stringer may include a station for cutting the photovoltaic cells into sub-cells according to step F1.
Las subcélulas 40 obtenidas al término de la etapa F1 ventajosamente son clasificadas, por ejemplo por fotoluminiscencia (para detectar las subcélulas con fisuras) y/o en función de sus características I-V, con el fin de descartar las subcélulas susceptibles de limitar la eficiencia del módulo fotovoltaico. Las subcélulas 40 que poseen un ángulo truncado se podrán separar asimismo de aquellas que están desprovistas, con el fin de realizar dos tipos de módulo.The subcells 40 obtained at the end of stage F1 are advantageously classified, for example by photoluminescence (to detect cracked subcells) and / or according to their IV characteristics, in order to discard the subcells likely to limit the efficiency of the module. photovoltaic. The subcells 40 that have a truncated angle can also be separated from those that are devoid, in order to make two types of module.
En la etapa F2 representada mediante la figura 4B, las subcélulas 40 son alineadas en la segunda dirección 42 para conformar grupos 400 de subcélulas. Las subcélulas 40 de cada grupo 400 son separadas entre sí a una corta distancia, por ejemplo de 1 mm, con el fin de estar aisladas eléctricamente. El número de subcélulas en el seno de cada grupo 400 varía en función de su longitud Lsc. En efecto, las subcélulas 40 se disponen de manera tal que los grupos 400 de subcélulas tengan una longitud L’ sensiblemente idéntica a la longitud L de las semicélulas 30 (en el caso presente, L’ = 158 mm, en lugar de L = 156 mm). La anchura l’ de los grupos 400 de subcélulas es igual a la anchura l de las semicélulas (78 mm), igual a su vez a la anchura de las subcélulas 40 (cf. Fig. 4A).In step F2 represented by FIG. 4B, the subcells 40 are aligned in the second direction 42 to form groups 400 of subcells. The subcells 40 of each group 400 are spaced a short distance from each other, for example 1mm, in order to be electrically isolated. The number of subcells within each group 400 varies as a function of their length L sc . Indeed, the subcells 40 are arranged in such a way that the groups 400 of subcells have a length L 'substantially identical to the length L of the half cells 30 (in the present case, L' = 158 mm, instead of L = 156 mm). The width 1 'of the sub-cell groups 400 is equal to the width 1 of the half-cells (78 mm), in turn equal to the width of the sub-cells 40 (cf. FIG. 4A).
En otras palabras, en la etapa F2, se recompone una semicélula 30, yuxtaponiendo tantas subcélulas 40 como se han recortado de la semicélula 30. En el ejemplo representado en la figura 4B, las semicélulas 30 se han recortado en tres, por lo que cada grupo 400 contiene tres subcélulas 40.In other words, in step F2, a half-cell 30 is recomposed, juxtaposing as many sub-cells 40 as have been cut from the half-cell 30. In the example represented in figure 4B, the half-cells 30 have been cut into three, so that each group 400 contains three subcells 40.
El reparto de las subcélulas 40 en grupos 400 lo puede realizar un robot provisto de un brazo prensor asociado a un dispositivo vibratorio de ranuras y, eventualmente, de un dispositivo de detección óptica que le permite visualizar las subcélulas antes de asirlas. El brazo prensor ase las subcélulas procedentes de la estación de recorte y las posa en las ranuras del dispositivo vibratorio ubicadas en posición inclinada. Las vibraciones acopladas a la pendiente hacen deslizar las subcélulas a lo largo de las ranuras cuya anchura va disminuyendo hasta una dimensión justo superior a las de las subcélulas, estando estas ranuras separadas el espaciado buscado para las subcélulas. Preferentemente, este robot forma parte del stringer y, más en particular, de la estación de carga encargada de distribuir los grupos de subcélulas. Por el contrario, cuando se trata de un equipo específico, se necesita una manipulación suplementaria de los grupos de subcélulas con el fin de hacerlas llegar hasta la estación de carga del stringer. Cabe el riesgo de que se vea modificada la disposición de las subcélulas en el grupo, y el riesgo de rotura de las subcélulas es más elevado. The distribution of the subcells 40 into groups 400 can be carried out by a robot equipped with a gripper arm associated with a vibrating groove device and, possibly, with an optical detection device that allows it to visualize the subcells before grasping them. The gripper arm grabs the sub-cells coming from the trimming station and places them in the grooves of the vibrating device located in an inclined position. The vibrations coupled to the slope make the subcells slide along the grooves whose width decreases to a dimension just greater than those of the subcells, these grooves being separated by the desired spacing for the subcells. Preferably, this robot is part of the stringer and, more particularly, of the charging station in charge of distributing the groups of subcells. On the contrary, when it comes to specific equipment, additional manipulation of the sub-cell groups is required in order to make them reach the stringer loading station. There is a risk that the arrangement of the subcells in the group will be modified, and the risk of breakage of the subcells is higher.
Con objeto de limitar al máximo los traslados de subcélulas entre el puesto de recorte y el puesto de formación de los grupos 400, y con ello los riesgos de rotura de estas subcélulas, las subcélulas de un grupo 400 se toman del seno de una misma semicélula 30. Dicho de otro modo, justo después de haber sido recortadas, las subcélulas son agrupadas. In order to limit as much as possible the movements of sub-cells between the trimming station and the training station of the groups 400, and thus the risks of breakage of these sub-cells, the sub-cells of a group 400 are taken from the same half-cell 30. In other words, just after being clipped, the subcells are grouped together.
Cuando el sistema de corte permite posicionar directamente las subcélulas 40 en forma de grupos 400, en el caso del dispositivo de partes móviles anteriormente descrito o del equipo TLS, por ejemplo, el sistema de corte está conectado ventajosamente a la estación de carga del stringer a fin de conservar la posición de las subcélulas.When the cutting system makes it possible to directly position the subcells 40 in the form of groups 400, in the case of the previously described moving parts device or the TLS equipment, for example, the cutting system is advantageously connected to the stringer charging station to in order to preserve the position of the sub-cells.
Seguidamente, en la etapa F3 de la figura 4C, el stringer, con el concurso de un robot o unidad de traslado, manipula los grupos de subcélulas, como lo haría con semicélulas, para formar simultáneamente varias cadenas 410 de subcélulas. Gracias a que los grupos de subcélulas tienen prácticamente las mismas dimensiones que las semicélulas, la manipulación de los grupos en vez de las semicélulas no plantea dificultad alguna. No requiere más que algunas pequeñas modificaciones en el robot de traslado de un stringer adaptado al formato de las semicélulas. En particular, se modifica la configuración de las boquillas de aspiración de las semicélulas para asir simultáneamente la subcélulas de cada grupo. Se puede prever una o varias boquillas de aspiración por subcélula. Habida cuenta del reducido calibre de las subcélulas, las boquillas de aspiración van dispuestas de modo que cada boquilla aspire una subcélula 40 en torno a su centro. El dispositivo de detección óptica del stringer también puede adaptarse para situar debidamente los grupos 400 de subcélulas.Next, in step F3 of FIG. 4C, the stringer, with the aid of a robot or transfer unit, manipulates the groups of sub-cells, as it would do with half-cells, to simultaneously form several chains 410 of sub-cells. Thanks to the fact that the groups of sub-cells have practically the same dimensions as the half-cells, the manipulation of the groups instead of the half-cells does not pose any difficulty. It does not require more than a few small modifications to the robot for moving a stringer adapted to the format of the half cells. In particular, the configuration of the suction nozzles of the half-cells is modified to simultaneously grip the sub-cells of each group. One or more suction nozzles per sub-cell can be provided. Given the small caliber of the sub-cells, the suction nozzles are arranged so that each nozzle sucks a sub-cell 40 around its center. The stringer's optical sensing device can also be adapted to properly position the sub-cell groups 400.
Así, los grupos 400 de subcélulas son trasladados por el robot desde la estación de carga hacia una estación de ensamblaje, para allí ser interconectados. Las cadenas 410 de subcélulas se constituyen conectando de dos en dos subcélulas 40 provenientes de grupos 400 diferentes. Las conexiones se efectúan en la primera dirección 41. De este modo, las subcélulas 40 de cada grupo pertenecen a cadenas 410 diferentes.Thus, the groups 400 of sub-cells are moved by the robot from the loading station to an assembly station, to be interconnected there. The chains 410 of sub-cells are constituted by connecting two by two sub-cells 40 from different groups 400. The connections are made in the first address 41. Thus, the subcells 40 of each group belong to different chains 410.
Este modo de conexión queda descrito en detalle con referencia la figura 4C la cual, por razones de claridad, tan solo muestra dos grupos consecutivos de subcélulas. Estos grupos llevan las referencias 400A y 400B. De este modo, las cadenas 410 de subcélulas estarán limitadas en este ejemplo a dos subcélulas.This connection mode is described in detail with reference to Figure 4C which, for clarity, only shows two consecutive groups of sub-cells. These groups carry the references 400A and 400B. Thus, the sub-cell chains 410 will be limited in this example to two sub-cells.
Primero, se disponen unas interconexiones 420A sobre el primer grupo 400A de subcélulas. Las interconexiones 420A se extienden en la primera dirección 41 y tienen una longitud igual a dos veces aproximadamente la anchura de las subcélulas 40. De este modo, solo una parte de las interconexiones 420A está en contacto con la cara anterior de las subcélulas 40 pertenecientes al primer grupo 400A. A continuación, el segundo grupo 400B de subcélulas se dispone en prolongación del primer grupo 400A sobre la parte sin ocupar de las interconexiones 420A. Las mismas se encuentran entonces en contacto con la cara posterior de las subcélulas 40 pertenecientes al segundo grupo 400B. First, interconnects 420A are arranged on the first sub-cell group 400A. The interconnections 420A extend in the first direction 41 and have a length equal to approximately twice the width of the subcells 40. Thus, only a part of the interconnections 420A is in contact with the front face of the subcells 40 belonging to the first group 400A. Next, the second group 400B of subcells is arranged in extension of the first group 400A on the unoccupied part of the interconnections 420A. They are then in contact with the rear face of the subcells 40 belonging to the second group 400B.
Sobre la cara anterior del grupo 400B se disponen, en este ejemplo, unas interconexiones 420B más cortas que las interconexiones 420A, por ejemplo reducidas a la mitad. La colocación de las interconexiones 420B corresponde a la operación para terminar una cadena de subcélulas (string). Igualmente, la cara posterior del grupo 400A se había llevado en el comienzo de secuencia (en la manipulación del grupo 400A por el stringer) a contactar con unas interconexiones 420C de media longitud, lo cual corresponde a la operación para iniciar una cadena de subcélulas. Estas interconexiones 420B y 420C constituyen, en el caso presente, los extremos de las cadenas 410 de subcélulas. On the front face of the group 400B there are arranged, in this example, interconnections 420B shorter than interconnections 420A, for example reduced by half. The placement of the interconnections 420B corresponds to the operation to terminate a chain of sub-cells (string). Likewise, the rear face of group 400A had been brought into contact at the beginning of the sequence (in the manipulation of group 400A by the stringer) with interconnections 420C of half length, which corresponds to the operation to initiate a chain of sub-cells. These interconnections 420B and 420C constitute, in the present case, the ends of the sub-cell chains 410.
Las cadenas 410 comprenden en bastantes ocasiones más de dos semicélulas, con el fin de elevar en modo suficiente el voltaje en bornes del módulo fotovoltaico. Las operaciones de colocación de los grupos de subcélulas y de las interconexiones se reproducen entonces varias veces en función del número de subcélulas que vayan a conectarse en serie. Las interconexiones 420B depositadas sobre el grupo de células 400B son idénticas entonces a las interconexiones 420A, y luego se dispone un tercer grupo de subcélulas (no representado) sobre la parte libre de las interconexiones 420B, etc.The chains 410 often comprise more than two half-cells, in order to raise the voltage at the terminals of the photovoltaic module sufficiently. The operations for placing the groups of sub-cells and the interconnections are then reproduced several times depending on the number of sub-cells to be connected in series. The interconnections 420B deposited on the group of cells 400B are then identical to the interconnections 420A, and then a third group of sub-cells (not shown) is arranged on the free part of the interconnections 420B, etc.
Dicho de otro modo, en el transcurso de la etapa F3, se van alineando progresivamente los grupos de subcélulas en la primera dirección 41, manipulándolos de uno en uno. Entre dos manipulaciones sucesivas, se disponen interconexiones sobre el último grupo de subcélulas de la cadena. Estas interconexiones se extienden en la primera dirección 41 y se reparten de manera homogénea en la superficie de los grupos, lo cual permite conformar simultáneamente varias cadenas de subcélulas 410 eléctricamente independientes.In other words, in the course of step F3, the groups of sub-cells are progressively aligned in the first direction 41, manipulating them one by one. Between two successive manipulations, interconnections are arranged on the last group of sub-cells in the chain. These interconnections extend in the first direction 41 and are distributed homogeneously on the surface of the groups, which makes it possible to simultaneously form several chains of electrically independent sub-cells 410.
Las interconexiones pueden ser de naturaleza diferente según la técnica de interconexión que se utilice.Interconnections may be of a different nature depending on the interconnection technique used.
Una primera técnica consiste en utilizar tiras eléctricamente conductoras de sección rectangular, por ejemplo de cobre. A día de hoy, se tiene un perfecto dominio de esta técnica para células fotovoltaicas enteras y semicélulas, y recurre a equipos que están extendidos y son asequibles. Las tiras se reparten encima y debajo de los grupos de subcélulas, al objeto de que cada cara de las subcélulas esté en contacto con al menos una tira. El número de tiras eléctricas utilizadas para unir dos grupos consecutivos de subcélulas es ventajosamente de 3 ó 4. A first technique consists in using electrically conductive strips of rectangular section, for example made of copper. Today, there is a perfect mastery of this technique for whole and semi-cell photovoltaic cells, and uses equipment that is widespread and affordable. The strips are distributed above and below the groups of sub-cells, so that each face of the sub-cells is in contact with at least one strip. The number of electrical strips used to join two consecutive groups of subcells is advantageously 3 or 4.
Por ejemplo, con un stringer de 4 tiras, se podrían obtener, bien dos cadenas 410 constituidas a partir de cuartos de célula (78 mm x 78 mm) conectados (dos a dos) por dos tiras, o bien cuatro cadenas 410 constituidas a partir de octavos de células (39 mm x 78 mm) conectados por una sola tira. Con un stringer de 3 tiras, se pueden obtener simultáneamente tres cadenas 410 de subcélulas (78 mm x 52 mm), no conteniendo cada cadena más que una sola tira en la segunda dirección 42.For example, with a 4-strip stringer, one could obtain either two 410 chains made up of quarter cells (78 mm x 78 mm) connected (two by two) by two strips, or four 410 chains made of of eighths of cells (39 mm x 78 mm) connected by a single strip. With a 3-strip stringer, three sub-cell strings 410 (78mm x 52mm) can be obtained simultaneously, each string containing no more than a single stripe in the second direction 42.
De manera alternativa, se pueden emplear técnicas de interconexión mediante hilos eléctricamente conductores. Los grupos de subcélulas son compatibles, en especial, con la tecnología “Multi-Busbar” desarrollada por la firma “Schmid” y la tecnología “SmartWire” desarrollada por la firma “Meyer Burger”. Los hilos conductores de sección circular constituyen interconexiones más ventajosas que las tiras, pues reducen la cantidad de plata necesaria para imprimir los dedos colectores (debido a su mayor número) y causan un sombreado menor, a idéntica sección de conductor. Por lo tanto, gracias a este tipo de interconexiones, se pueden obtener módulos menos costosos y más eficientes. Alternatively, electrically conductive wire interconnection techniques may be employed. The groups of sub-cells are compatible, in particular, with the “Multi-Busbar” technology developed by the “Schmid” firm and the “SmartWire” technology developed by the “Meyer Burger” firm. The conductive wires of circular section constitute more advantageous interconnections than the strips, since they reduce the amount of silver necessary to print the collector fingers (due to their greater number) and cause less shading, to the identical conductor section. Therefore, thanks to this type of interconnections, less expensive and more efficient modules can be obtained.
Al igual que las tiras, los hilos eléctricos se depositan, en la tecnología “Multi-Busbar”, sobre barras de conexión discontinuas conformadas en la cara anterior de las subcélulas 40 y eventualmente en la cara posterior (en el caso de células fotovoltaicas bifaciales). Dentro de cada cadena 410, las subcélulas 40 están conectadas dos a dos por varios hilos eléctricos que se extienden en la primera dirección 41.Like the strips, the electrical wires are deposited, in the “Multi-Busbar” technology, on discontinuous connection bars formed on the front face of the sub-cells 40 and eventually on the back face (in the case of bifacial photovoltaic cells) . Within each chain 410, the subcells 40 are connected two by two by several electrical wires extending in the first direction 41.
Con esta tecnología, los hilos eléctricos se sueldan sobre los buses localizados de las subcélulas al realizar las cadenas (calentamiento localizado en torno a 200 °C para fusionar la aleación que recubre los hilos). Los hilos, entonces, se hacen solidarios de las subcélulas. Como quiera que los hilos han sido soldados, la presencia de varios hilos en la segunda dirección 42 evita que las cadenas 410 se retuerzan, girando alrededor de la primera dirección 41. En cambio, las cadenas 410 que no incluyen más que una sola tira en la segunda dirección 42 corren el riesgo de girar sobre sí mismas cuando se manipulen para ser conectadas en serie (etapas de las figuras 4D y 4E).With this technology, the electrical wires are soldered on the localized buses of the sub-cells when making the chains (localized heating around 200 ° C to fuse the alloy that covers the wires). The threads, then, become integral with the subcells. Since the threads have been welded, the presence of several threads in the second direction 42 prevents the chains 410 from twisting, rotating around the first direction 41. In contrast, the chains 410 that do not include more than a single strip in the second direction 42 runs the risk of turning on itself when manipulated to be connected in series (steps of Figures 4D and 4E).
En el modo preferente de puesta en práctica representado en la figura 4C, las interconexiones 420A-420C son hilos eléctricos solidarios de un soporte, a modo de una mecha, y establecen contacto directamente con los dedos colectores, de manera acorde con la tecnología “SwartWire”. Las subcélulas 40, en este caso, pueden estar desprovistas de barras de conexión, lo cual representa una economía suplementaria en el coste del módulo fotovoltaico (y, por tanto, una ventaja con respecto a la tecnología “Multi-Busbar”). El soporte de los hilos eléctricos es preferentemente una película flexible de material polimérico, por ejemplo de politereftalato de etileno (PET).In the preferred mode of implementation represented in figure 4C, the interconnections 420A-420C are electrical wires integral with a support, like a wick, and make direct contact with the collector fingers, in accordance with the "SwartWire" technology. ”. The subcells 40, in this case, can be devoid of connection bars, which represents an additional saving in the cost of the photovoltaic module (and, therefore, an advantage over the "Multi-Busbar" technology). The support for the electric wires is preferably a flexible film made of polymeric material, for example polyethylene terephthalate (PET).
Como se representa en la figura 4C, el soporte de los hilos eléctricos 420A que une los dos grupos adyacentes 400A-400B se distribuye preferentemente en forma de dos hojas 430A sucesivas que tienen unas dimensiones afines a las propias de las semicélulas. La primera hoja de soporte 430A está presionada contra la cara anterior del grupo 400A y la segunda hoja de soporte (no visible en la figura 4C) está presionada contra la cara posterior del grupo 400B. Los hilos 420A se extienden en la superficie de la primera hoja 430A dispuesta enfrentada a la cara anterior del grupo 400A y, luego, en la superficie de la segunda hoja dispuesta enfrentada a la cara posterior del grupo 400B. Así, las hojas de soporte se disponen por el lado de los hilos que permite el contacto eléctrico de los hilos con los dedos de las subcélulas. Entre los dos grupos de subcélulas 400A-400B, los hilos eléctricos 420 son liberados de su soporte, lo cual les permite pasar de la cara anterior del grupo 400A a la cara posterior del grupo 400B. El espacio entre los grupos de subcélulas 400A-400B es, por ejemplo, de 2,5 mm, lo cual constituye el espacio usual entre células para cadenas convencionales con interconexiones por tiras. Con hilos, ventajosamente este espacio puede verse reducido. As shown in figure 4C, the support of the electric wires 420A that joins the two adjacent groups 400A-400B is preferably distributed in the form of two successive sheets 430A having dimensions similar to those of the half cells. The first support sheet 430A is pressed against the front face of the group 400A and the second support sheet (not visible in Figure 4C) is pressed against the rear face of the group 400B. The wires 420A extend on the surface of the first sheet 430A arranged facing the front face of the group 400A and then on the surface of the second sheet arranged facing the rear face of the group 400B. Thus, the support sheets are arranged on the side of the wires that allows electrical contact of the wires with the fingers of the sub-cells. Between the two groups of subcells 400A-400B, the electrical wires 420 are released from their support, which allows them to pass from the front face of the group 400A to the rear face of the group 400B. The space between the groups of sub-cells 400A-400B is, for example, 2.5 mm, which is the usual space between cells for conventional strands with strip interconnections. With threads, this space can advantageously be reduced.
Los hilos eléctricos 420B y 420C determinantes de los extremos de las cadenas 410 tan solo están mantenidos por una sola hoja de soporte 430B, respectivamente presionada sobre la cara anterior del grupo 400B y sobre la cara posterior del grupo 400A.The electrical wires 420B and 420C determining the ends of the chains 410 are only held by a single support sheet 430B, respectively pressed on the front face of the group 400B and on the rear face of the group 400A.
Las hojas de soporte, preferentemente, se pegan a cada uno de los lados de los grupos de subcélulas calentando ligeramente el material de polímero (por ejemplo, en torno a 100 °C). No obstante, pese a esta operación, el contacto eléctrico entre los hilos 420A-420C y los dedos colectores aún no está establecido. El contacto eléctrico se opera preferentemente en una ulterior etapa de laminado de los módulos fotovoltaicos, merced a que los hilos eléctricos están recubiertos con una capa de una aleación que tiene una temperatura de fusión ligeramente inferior a 150 °C, por ejemplo una aleación basada en indio.The backing sheets are preferably glued to each side of the sub-cell groups by slightly heating the polymer material (eg, around 100 ° C). However, despite this operation, the electrical contact between the wires 420A-420C and the collector fingers is not yet established. The electrical contact is preferably operated in a later stage of laminating the photovoltaic modules, thanks to the fact that the electrical wires are covered with a layer of an alloy that has a melting temperature slightly lower than 150 ° C, for example an alloy based on Indian.
Aparte de que permite disminuir considerablemente el coste de fabricación de las células, la técnica de interconexión “SmartWire” es asimismo la más ventajosa desde un punto de vista de la fiabilidad de los módulos fotovoltaicos. Y es que, en la tecnología “Multi-Busbar”, el contacto eléctrico entre los hilos eléctricos y las subcélulas está realizado por el stringer, antes de la puesta en serie de las cadenas de subcélulas. Por consiguiente, sobre estos contactos eléctricos se ejercen notables tensiones mecánicas en la manipulación de las cadenas de subcélulas. Algunos de los contactos podrían romperse, por cuya razón se necesitan sobre la célula barras de conexión discontinuas. Por el contrario, en la tecnología “SmartWire”, la presencia del soporte de polímero mejora el comportamiento mecánico de las cadenas de subcélulas. En efecto, merced al pegado de los hilos sobre los soportes y de los soportes sobre las subcélulas, los hilos ya no pueden desplazarse. Por lo que no hay riesgo de romper uniones mecánicas “hilos - dedos colectores” durante la manipulación de las cadenas de subcélulas. Esto reviste mayor importancia por cuanto que las uniones eléctricas “hilos - dedos colectores” aún no están formadas en esta etapa si la operación de ensamblaje de las cadenas se ha realizado efectivamente por debajo del punto de fusión de la aleación que recubre los hilos. Apart from the fact that it allows the cost of manufacturing the cells to be considerably reduced, the “SmartWire” interconnection technique is also the most advantageous from the point of view of the reliability of the photovoltaic modules. The fact is that, in the “Multi-Busbar” technology, the electrical contact between the electrical wires and the sub-cells is made by the stringer, before the sub-cell chains are put in series. Consequently, considerable mechanical stresses are exerted on these electrical contacts when handling the sub-cell chains. Some of the contacts could be broken, for which reason discontinuous connecting bars are needed on the cell. On the contrary, in “SmartWire” technology, the presence of the polymer support improves the mechanical behavior of the sub-cell chains. Indeed, thanks to the gluing of the threads on the supports and of the supports on the subcells, the threads can no longer move. So there is no risk of breaking mechanical connections "threads - collector fingers" when handling the sub-cell chains. This is of greater importance since the electrical connections "wires - collector fingers" are not yet formed at this stage if the chain assembly operation has actually been carried out below the melting point of the alloy covering the wires.
Para llevar a la práctica la tecnología de interconexión “SmartWire”, el stringer incluye un módulo de distribución de los hilos eléctricos, por ejemplo en forma de un tambor a cuyo alrededor van arrollados los hilos eléctricos y su soporte. Este módulo alimenta con interconexiones la estación de ensamblaje a medida que los grupos de subcélulas van llegando a esta estación. La estación de ensamblaje está configurada para relacionar mecánicamente el soporte de los hilos eléctricos con los grupos de subcélulas. Incluye, en especial, un dispositivo de prensado calefactor para calentar el soporte de los hilos y pegarlo a las subcélulas.To implement the "SmartWire" interconnection technology, the stringer includes a module for distributing the electric wires, for example in the form of a drum around which the electric wires and their support are wound. This module feeds the assembly station with interconnections as the groups of sub-cells arrive at this station. The assembly station is configured to mechanically link the support of the electrical wires with the groups of sub-cells. It includes, in particular, a heating pressing device to heat the support of the threads and stick it to the subcells.
Después de haber sido relacionados mecánicamente los grupos de subcélulas en cadenas o “guirlandas”, las diferentes cadenas 410 de subcélulas se desolidarizan unas de otras, recortando las hojas de soporte 430A-430B en correspondencia con el espacio que separa las subcélulas de un grupo. Las cadenas 410 se pueden manipular entonces individualmente. Este recorte del soporte se puede realizar por medio de cuchillas, preferentemente en forma de disco rotatorio, pertenecientes al stringer. El stringer también puede estar equipado con un láser para recortar el soporte de los hilos.After the groups of sub-cells have been mechanically related in chains or "garlands", the different chains 410 of sub-cells are decoupled from one another, cutting the support sheets 430A-430B in correspondence with the space that separates the sub-cells of a group. The chains 410 can then be individually manipulated. This cutting of the support can be carried out by means of blades, preferably in the form of a rotating disk, belonging to the stringer. The stringer can also be equipped with a laser to trim the support of the threads.
Cualquiera que sea la técnica de interconexión por hilos empleada en la etapa F3, los hilos 420A se separan ventajosamente en la segunda dirección 42 una distancia inferior a 20 mm, preferentemente comprendida entre 4 mm y 12 mm. En efecto, el reducir la distancia entre hilos permite corregir las tensiones de resistencia de dedos colectores. Por lo tanto, se utilizará ventajosamente una distancia comprendida entre 4 mm y 12 mm, asociándose las distancias más pequeñas a los hilos más finos para limitar el sombreado. De este modo, unas subcélulas de 39 mm de longitud (Lsc = 39 mm) comprenden entre cuatro hilos de 150 gm de diámetro y nueve hilos de 100 gm de diámetro.Whatever the wire interconnection technique used in step F3, the wires 420A are advantageously separated in the second direction 42 by a distance of less than 20 mm, preferably between 4 mm and 12 mm. In effect, reducing the distance between wires makes it possible to correct the resistance voltages of the collector fingers. Therefore, a distance between 4 mm and 12 mm will be used advantageously, the smaller distances being associated with the finer threads to limit shading. Thus, 39 mm long subcells (L sc = 39 mm) comprise between four wires of 150 gm in diameter and nine wires of 100 gm in diameter.
En el modo preferente de puesta en práctica de las figuras 4A a 4E, las subcélulas 40 de las cadenas 410 están orientadas todas ellas de la misma manera y son todas ellas del mismo tipo, por ejemplo tomadas de células fotovoltaicas de silicio de emisor estándar impurificado de tipo n. En una célula fotovoltaica de emisor estándar, el emisor (es decir, la capa delgada impurificada con un tipo de impurificación opuesto al del substrato) está situada en la cara anterior de la célula. En cambio, en una célula de emisor invertido, el emisor se sitúa en la cara posterior de la célula. De este modo, el tipo de una célula/subcélula puede hacer referencia a la ubicación del emisor en la célula/subcélula. Asimismo, se distinguirán dos tipos de células/subcélulas en función del tipo de impurificación del substrato (n o p). En efecto, una célula de emisor estándar determinada a partir de un substrato de tipo n puede ser considerada de tipo opuesto a otra célula de emisor estándar determinada a partir de un substrato de tipo p. Una orientación idéntica significa que todas las subcélulas 40 tienen orientada su cara anterior F hacia el mismo lado, por ejemplo hacia arriba (es decir, en dirección al sol).In the preferred mode of implementation of Figures 4A to 4E, the subcells 40 of the chains 410 are all oriented in the same way and are all of the same type, for example taken from doped standard emitter silicon photovoltaic cells of type n. In a standard emitter photovoltaic cell, the emitter (ie, the thin layer doped with a type of doping opposite to that of the substrate) is located on the front face of the cell. In contrast, in an inverted emitter cell, the emitter is located on the rear face of the cell. Thus, the type of a cell / sub-cell can refer to the location of the emitter in the cell / sub-cell. Likewise, two types of cells / sub-cells will be distinguished depending on the type of doping of the substrate (n or p). Indeed, a standard emitter cell determined from a n-type substrate can be considered of the opposite type to another standard emitter cell determined from a p-type substrate. Identical orientation means that all subcells 40 have their front face F oriented towards the same side, for example upwards (ie towards the sun).
En estas condiciones, se ve en la figura 4C que las interconexiones 420B determinantes de los extremos de dos cadenas 410 adyacentes son de la misma polaridad. En efecto, todas ellas están conectadas a la cara anterior de las subcélulas pertenecientes al grupo 400A. Lo mismo ocurre con las interconexiones 420C presionadas contra la cara posterior de las subcélulas pertenecientes al grupo 400B. Por lo tanto, parece racional girar 180° una de las dos cadenas de subcélulas antes de conectarlas en serie.Under these conditions, it is seen in FIG. 4C that the determining interconnections 420B at the ends of two adjacent chains 410 are of the same polarity. Indeed, all of them are connected to the front face of the subcells belonging to group 400A. The same occurs with the interconnections 420C pressed against the rear face of the subcells belonging to group 400B. Therefore, it seems rational to rotate one of the two sub-cell chains 180 ° before connecting them in series.
De este modo, en la etapa F4 de la figura 4D, se efectúa una rotación de 180° de una cadena 410 de subcélulas 40 cada dos cadenas, sin cambiar no obstante su orientación. En el ejemplo de módulo fotovoltaico representado en la figura 4C, que tan solo cuenta con tres cadenas 410, la cadena del medio está girada 180°. Los extremos 420C de la cadena central 410 se hallan entonces por el lado opuesto, con interconexiones 420B de polaridad inversa a ambos lados.Thus, in step F4 of FIG. 4D, a 180 ° rotation of a chain 410 of sub-cells 40 is performed every two chains, without however changing their orientation. In the example of a photovoltaic module shown in Figure 4C, which only has three strings 410, the middle string is rotated 180 °. The ends 420C of the central chain 410 are then on the opposite side, with interconnections 420B of reverse polarity on both sides.
Esta operación de rotación la puede realizar un segundo robot o unidad de traslado que va asiendo de una en una las cadenas de subcélulas a la salida de la estación de ensamblaje, con el fin de posarlas una al lado de otra sobre una placa de protección de vidrio constitutiva de la cara anterior del módulo fotovoltaico. De modo convencional, la placa de protección constituida a partir del vidrio de cara anterior del módulo se recubre con una hoja de material de encapsulado, antes de disponer sobre ella las cadenas de subcélulas.This rotating operation can be carried out by a second robot or transfer unit that takes hold of the sub-cell chains one by one at the exit of the assembly station, in order to place them side by side on a protection plate of glass constituting the front face of the photovoltaic module. In a conventional way, the protection plate formed from the front face glass of the module is covered with a sheet of encapsulating material, before the chains of sub-cells are placed thereon.
Finalmente, en la etapa F5 de la figura 4E, las diferentes cadenas 410 de subcélulas se conectan en serie, ubicando, por ejemplo, en cada extremo de las cadenas, una tira conductora 440A que se extiende en la segunda dirección 42 sobre las interconexiones 420B-420C de dos cadenas 410 adyacentes. Se puede, adicionalmente, unir unas tiras conductoras 440B y 440C respectivamente a las interconexiones 420B de la última cadena 410 de la serie (a la derecha en la figura 4E) y a las interconexiones 420C de la primera cadena 410 de la serie (a la izquierda en la figura 4E). Los conductores 440B y 440C constituyen ventajosamente los terminales del módulo fotovoltaico.Finally, in step F5 of Figure 4E, the different chains 410 of sub-cells are connected in series, locating, for example, at each end of the chains, a conductive strip 440A that extends in the second direction 42 over the interconnections 420B -420C from two adjacent 410 strands. In addition, conductive strips 440B and 440C can be attached respectively to the interconnections 420B of the last string 410 of the series (on the right in Figure 4E) and to the interconnections 420C of the first string 410 of the series (on the left in Figure 4E). The conductors 440B and 440C advantageously constitute the terminals of the photovoltaic module.
Alternativamente, el segundo robot de traslado puede estar configurado para asir simultáneamente varias cadenas 410 de subcélulas, pasarlas eventualmente bajo un dispositivo de adaptación de longitud de las cadenas, posar algunas de ellas sobre la placa de protección de vidrio, girar 180° las cadenas de subcélulas restantes, es decir, las que no ha soltado el robot de traslado y posar luego las cadenas de subcélulas restantes al lado de las cadenas ya posicionadas sobre la placa de protección. Por ejemplo, en el caso de cuatro cadenas de subcélulas 410 formadas simultáneamente y establecidas en paralelo, el robot de traslado ase las cuatro cadenas, posa la primera y la tercera sobre la placa de protección, gira la segunda y la cuarta 180° y las posa luego al lado de las cadenas primera y tercera, respetando el orden inicial de las cadenas de subcélulas. Alternatively, the second transfer robot can be configured to simultaneously grasp several chains 410 of sub-cells, eventually pass them under a chain length adaptation device, place some of them on the glass protection plate, rotate the chain chains 180 °. remaining sub-cells, that is, those that the transfer robot has not released and then place the remaining sub-cell chains next to the chains already positioned on the protection plate. For example, in the case of four chains of 410 sub-cells formed simultaneously and set in parallel, the transfer robot grabs the four chains, places the first and third on the protection plate, rotates the second and fourth 180 ° and the it then poses next to the first and third strings, respecting the initial order of the sub-cell strings.
Este segundo robot comprende al menos un grupo de boquillas de aspiración configurado para asir individualmente cada una de las cadenas de subcélulas, en vez de una cadena de semicélulas o una cadena de células enteras. En el caso de una manipulación colectiva de las cadenas, el robot comprende ventajosamente varios grupos de boquillas de aspiración. Las boquillas de aspiración de cada grupo están gobernadas simultáneamente y dispuestas al objeto de aspirar y sujetar cada subcélula de la cadena asida. Por el contrario, los diferentes grupos pueden estar controlados independientemente entre sí con el fin de asir y soltar solamente una parte de las cadenas de subcélulas.This second robot comprises at least one group of suction nozzles configured to individually grip each of the sub-cell chains, instead of a chain of half cells or a chain of whole cells. In the case of a collective manipulation of the chains, the robot advantageously comprises several groups of suction nozzles. The suction nozzles of each group are controlled simultaneously and arranged in order to suck and hold each sub-cell of the grasped chain. On the contrary, the different groups can be controlled independently of each other in order to grasp and release only a part of the sub-cell chains.
El segundo robot de traslado puede ser un módulo acoplado a la estación de ensamblaje del stringer y, por tanto, formar parte de un mismo sistema, o bien constituir un equipo diferenciado, situado entre el stringer y la estación de layup en la línea de producción de los módulos fotovoltaicos. La estación de layup designa la ubicación adonde se trasladan las cadenas de subcélulas 410 y donde se ensambla el módulo fotovoltaico. Después de haberlas dispuesto sobre la placa de protección anterior del módulo, las cadenas de subcélulas 410 son conectadas en serie (etapa F5) y, luego, recubiertas con una segunda hoja de material de encapsulado y con una segunda placa de protección constitutiva de la cara posterior del módulo.The second transfer robot can be a module coupled to the stringer assembly station and, therefore, form part of the same system, or it can be a separate team, located between the stringer and the layup station on the production line. of photovoltaic modules. The layup station designates the location where the sub-cell strings 410 are moved and where the photovoltaic module is assembled. After having been arranged on the front protection plate of the module, the chains of sub-cells 410 are connected in series (step F5) and, then, covered with a second sheet of encapsulating material and with a second protection plate constituting the face. rear of the module.
La figura 5C representa una variante de puesta en práctica de la etapa F3 de interconexión de las subcélulas (etapa llamada de “stringing”), dentro del ámbito de la tecnología “SmartWire”.Figure 5C represents a variant of implementation of the sub-cell interconnection stage F3 (so-called "stringing" stage), within the scope of "SmartWire" technology.
En vez de recortar las hojas de soporte después de haberlas presionado contra las caras de los grupos de subcélulas, las hojas de soporte se han recortado con anterioridad, es decir, antes de la etapa F3, en la primera dirección 41, en varios trozos 430’. Los trozos 430’ tienen en su conjunto las dimensiones de una subcélula 40. Se unen dos a dos por interconexiones 420A: un trozo procedente de la primera hoja con un trozo procedente de la segunda hoja. De este modo, el stringer ya no es alimentado con pares de hojas con formato “semicélula”, sino con una pluralidad de bandas o guirlandas que comprenden cada una de ellas dos trozos de soporte 430’ y una parte de las interconexiones 420A. Instead of trimming the support sheets after having been pressed against the faces of the sub-cell groups, the support sheets have been previously trimmed, that is, before step F3, in the first direction 41, into several pieces 430 '. The pieces 430 'have as a whole the dimensions of a subcell 40. They are joined two by two by interconnections 420A: a piece from the first sheet with a piece from the second sheet. In this way, the stringer is no longer fed with pairs of sheets with a "semi-cell" format, but with a plurality of bands or garlands that each comprise two support pieces 430 'and a part of the interconnections 420A.
En la etapa F3, los trozos 430’ son presionados a continuación contra las caras de las subcélulas, preferentemente según la misma secuencia que las hojas de soporte 430A (Fig. 4C). Por ejemplo, para conectar una subcélula 40A perteneciente al grupo 400A a una subcélula 40B perteneciente al grupo 400B, se presiona un trozo de soporte 430’ contra la cara anterior de la subcélula 40A y el otro trozo (no visible en la figura 5C) se presiona contra la cara posterior de la subcélula 40B (cuando el grupo 400B está posado sobre las interconexiones 420A).In step F3, the pieces 430 'are then pressed against the faces of the sub-cells, preferably in the same sequence as the support sheets 430A (Fig. 4C). For example, to connect a sub-cell 40A belonging to group 400A to a sub-cell 40B belonging to group 400B, a support piece 430 'is pressed against the front face of sub-cell 40A and the other piece (not visible in FIG. 5C) is it presses against the rear face of the subcell 40B (when the group 400B is resting on the interconnections 420A).
Esta variante de puesta en práctica de la etapa F3 permite obtener directamente cadenas de subcélulas independientes entre sí, pero aumenta la complejidad del equipo de preparación de las mechas de hilos. Se pueden llevar a la práctica a continuación las etapas F4 y F5 (llamadas de “layup”), que permiten la conexión en serie de las cadenas de subcélulas 410, de la misma manera que anteriormente se ha descrito, en relación con las figuras 4D y 4E.This variant of implementation of step F3 makes it possible to directly obtain chains of sub-cells independent of each other, but increases the complexity of the equipment for preparing the yarn locks. The steps F4 and F5 (called "layup") can then be carried out, which allow the series connection of the chains of sub-cells 410, in the same way as previously described, in relation to FIGS. 4D and 4E.
Una manera de evitar la rotación de las cadenas de subcélulas en la etapa F4 de la figura 4C y la operación de recorte de las hojas de soporte (antes o después de la etapa F3) consiste en utilizar subcélulas de tipo o de orientación opuesto entre dos cadenas de subcélulas 410 adyacentes. En efecto, en estos dos casos, ya no es útil separar las cadenas de subcélulas 410 formadas simultáneamente en la etapa F3, pues la polaridad de las interconexiones 420B (o de las interconexiones 420C) se va alternando al pasar de una cadena a otra. Por lo tanto, estas pueden ser desplazadas conjuntamente hacia la estación de layup, donde son interconectadas mediante las tiras conductoras 440A.One way to avoid the rotation of the chains of sub-cells in stage F4 of figure 4C and the operation of trimming the support sheets (before or after stage F3) is to use sub-cells of the opposite type or orientation between two chains of adjacent sub-cells 410. Indeed, in these two cases, it is no longer useful to separate the chains of sub-cells 410 formed simultaneously in step F3, since the polarity of the interconnections 420B (or of the interconnections 420C) alternates as it passes from one chain to another. Therefore, these can be moved together towards the layup station, where they are interconnected by the conductive strips 440A.
La figura 6 representa esquemáticamente una de estas variantes de puesta en práctica del procedimiento de fabricación. Las subcélulas 40 de las cadenas 410 son todas ellas del mismo tipo, pero su orientación difiere. En la etapa F2 de constitución de los grupos 400, las subcélulas se disponen al objeto de que una subcélula de cada dos grupos 400 esté orientada en el sentido opuesto. En el ejemplo de grupos de tres subcélulas (Fig. 6E), la subcélula en el centro de los grupos 400 se puede disponer con la cara posterior B dirigida hacia arriba, mientras que las dos subcélulas de los bordes tienen su cara anterior F orientada hacia arriba.Figure 6 schematically represents one of these variants of putting the manufacturing process into practice. The subcells 40 of the chains 410 are all of the same type, but their orientation differs. In the stage F2 of constitution of the groups 400, the sub-cells are arranged so that one sub-cell of every two groups 400 is oriented in the opposite direction. In the example of groups of three sub-cells (Fig. 6E), the sub-cell in the center of the groups 400 can be arranged with the rear face B directed upwards, while the two sub-cells at the edges have their front face F oriented towards above.
Esta primera variante del procedimiento de fabricación, válida únicamente en el caso de células bifaciales, demuestra una eficiencia (en cuanto a potencia eléctrica del módulo fotovoltaico) menor que la del caso anterior, en el que todas las subcélulas son de igual tipo y de igual orientación. En efecto, es raro extraer exactamente la misma corriente eléctrica de una célula bifacial cualquiera que sea la orientación de esta célula. La corriente es menor cuando la cara posterior está expuesta a la radiación solar incidente. Esta diferencia de corriente se puede evitar modificando las dimensiones de las subcélulas, según que se utilicen en la cara anterior o en la cara posterior, pero la corriente resultante será menor.This first variant of the manufacturing procedure, valid only in the case of bifacial cells, shows an efficiency (in terms of electrical power of the photovoltaic module) that is lower than that of the previous case, in which all the subcells are of the same type and the same orientation. Indeed, it is rare to extract exactly the same electrical current from a bifacial cell regardless of the orientation of this cell. The current is lower when the rear face is exposed to incident solar radiation. This difference in current can be avoided by modifying the dimensions of the subcells, depending on whether they are used on the front face or on the back face, but the resulting current will be less.
La disminución de la corriente de las cadenas de células, causada por las células cuya cara posterior B está dirigida hacia arriba, se puede limitar no utilizando más que células fotovoltaicas que tienen un elevado porcentaje de bifacialidad, superior al 95 %. El porcentaje de bifacialidad designa la razón entre la corriente eléctrica generada por la célula cuando su cara anterior está expuesta a la radiación solar incidente y la corriente generada por esta misma célula cuando la cara posterior está expuesta a la misma radiación.The decrease in the current of the cell chains, caused by cells whose rear face B is directed upwards, can be limited by using only photovoltaic cells that have a high percentage of bifaciality, greater than 95%. The bifaciality percentage designates the ratio between the electric current generated by the cell when its front face is exposed to incident solar radiation and the current generated by this same cell when the rear face is exposed to the same radiation.
Como se ha indicado anteriormente, se pueden obtener las mismas ventajas alternando los tipos de subcélulas entre una cadena 410 y otra, pero orientándolas de la misma manera. Por ejemplo, las subcélulas de una cadena 410 pueden ser de emisor estándar y las subcélulas de la (o las) cadena(s) 410 adyacente(s) son de emisor invertido. Entonces, el emisor se sitúa, ya en la cara anterior, ya en la cara posterior de las subcélulas. Todas las subcélulas pueden tener, de otro modo, su emisor por el mismo lado, pero están conformadas sobre substratos de tipos de impurificación opuestos. Lo importante es tener dos familias de subcélulas que tengan caras anteriores F de polaridades diferentes.As noted above, the same benefits can be obtained by alternating sub-cell types between a 410 chain and another, but orienting them in the same way. For example, the subcells of a string 410 may be standard emitter and the subcells of the adjacent string (s) 410 are inverted emitter. Then, the emitter is located, already on the front face, and on the back face of the subcells. All subcells can have their emitter on the same side, but are formed on substrates of opposite doping types. The important thing is to have two families of subcells that have front faces F of different polarities.
Esta segunda variante del procedimiento de fabricación según la invención presenta la ventaja añadida de poder funcionar tanto con células bifaciales como con células monofaciales. Por el contrario, a diferencia de las anteriores propuestas, requiere gestionar dos producciones distintas de células fotovoltaicas. Puesto que estas células no necesariamente tienen la misma eficiencia, la corriente eléctrica generada por el módulo eléctrico puede ser menor que en el caso de subcélulas de igual tipo (y de igual orientación).This second variant of the manufacturing process according to the invention has the added advantage of being able to work with both bifacial cells and monofacial cells. On the contrary, unlike the previous proposals, it requires managing two different productions of photovoltaic cells. Since these cells do not necessarily have the same efficiency, the electrical current generated by the electrical module may be less than in the case of subcells of the same type (and of the same orientation).
Las dos variantes del procedimiento de fabricación antes descritas se pueden llevar a la práctica cualquiera que sea la naturaleza de las interconexiones, en forma de tira o de hilo eléctrico.The two variants of the manufacturing process described above can be put into practice whatever the nature of the interconnections, in the form of a strip or an electrical wire.
La figura 7 ilustra un segundo modo de puesta en práctica del procedimiento según la invención que no hace intervenir el recorte en semicélulas. En efecto, las células fotovoltaicas de tamaño completo se recortan, en el caso presente, solamente en la primera dirección 41, es decir, perpendicularmente a los dedos colectores 12, obteniendo así subcélulas 70 en forma de banda, por ejemplo tres bandas de 52 mm x 156 mm.Figure 7 illustrates a second mode of implementation of the method according to the invention that does not involve cutting into half cells. Indeed, the full-size photovoltaic cells are cut, in the present case, only in the first direction 41, that is, perpendicular to the collecting fingers 12, thus obtaining sub-cells 70 in the form of a strip, for example three strips of 52 mm x 156 mm.
En la etapa F2 se constituyen grupos 700 de subcélulas 70 de la misma manera que anteriormente se ha descrito, con la diferencia de que los grupos 700 tienen unas dimensiones semejantes a las de células enteras (por ejemplo, 158 mm x 156 mm). De este modo, en vez de un stringer de semicélulas, se utilizará un stringer de células enteras con la misma modificación en correspondencia con las boquillas de aspiración y con el soporte lógico de visión. Esto es particularmente ventajoso, pues los stringers de células enteras claramente están más extendidos y son menos caros que los stringers de semicélulas y tienen una mejor cadencia de producción. En cambio, las ganancias en voltaje estarán más limitadas, al igual que la reducción de las pérdidas resistivas en las interconexiones.In step F2, groups 700 of sub-cells 70 are formed in the same way as previously described, with the difference that the groups 700 have dimensions similar to those of whole cells (for example, 158 mm x 156 mm). Thus, instead of a half-cell stringer, a whole cell stringer will be used with the same modification in correspondence with the aspiration nozzles and with the vision software. This is particularly advantageous as whole cell stringers are clearly more widespread and less expensive than half cell stringers and have a better rate of production. On the other hand, the gains in voltage will be more limited, as will the reduction of the resistive losses in the interconnections.
Las demás etapas del procedimiento de fabricación, en particular la etapa F3 de interconexión de las subcélulas 70 en cadenas 710, se podrán llevar a la práctica como anteriormente se ha indicado. Solo se adapta la longitud de las interconexiones 425 a la mayor anchura de las subcélulas 70.The other stages of the manufacturing process, in particular step F3 for interconnecting the subcells 70 in chains 710, can be carried out as previously indicated. Only the length of the interconnections 425 is adapted to the greater width of the subcells 70.
Merced al procedimiento de fabricación que se acaba de describir, se puede obtener un módulo fotovoltaico de elevado voltaje y de baja corriente fácilmente y con un menor coste. A equivalente superficie de célula, el voltaje de circuito abierto del módulo se ve multiplicado en un factor igual al número de subcélulas recortadas de una célula de tamaño completo. Por su parte, la corriente eléctrica del módulo se disminuye en las mismas proporciones.Thanks to the manufacturing process just described, a high voltage and low current photovoltaic module can be obtained easily and at a lower cost. At equivalent cell surface area, the module's open circuit voltage is multiplied by a factor equal to the number of sub-cells cut from a full-size cell. For its part, the electric current of the module is decreased in the same proportions.
Por ejemplo, recortando en 6 (esto es, 3 subcélulas por semicélula) las 60 células fotovoltaicas de tamaño completo de un módulo convencional, el módulo según la invención puede alcanzar un voltaje de circuito abierto superior a 220 V, en el caso de células de homounión, y superior a 250 V en el caso de células de heterounión. Partiendo de 8 subcélulas por célula fotovoltaica de tamaño completo (esto es, 4 subcélulas por semicélula), el voltaje de circuito abierto es superior a 300 V, en el caso de células de homounión, y superior a 340 V en el caso de células de heterounión.For example, by cutting the 60 full-size photovoltaic cells of a conventional module by 6 (that is, 3 subcells per half cell), the module according to the invention can achieve an open circuit voltage greater than 220 V, in the case of solar cells. homojunction, and greater than 250 V in the case of heterojunction cells. Starting from 8 subcells per full-size photovoltaic cell (that is, 4 subcells per half cell), the open circuit voltage is greater than 300 V, in the case of homojunction cells, and greater than 340 V in the case of cells of heterojunction.
Las células elementales, o subcélulas, del módulo fotovoltaico según la invención tienen ventajosamente una anchura l (en la dirección 41) inferior o igual a la dimensión estándar de las células fotovoltaicas (p. ej., 156 mm) y una longitud Lsc (en la dirección 42) estrictamente inferior a su anchura. Esto se debe a que las subcélulas se han obtenido recortando células fotovoltaicas de tamaño completo perpendicularmente a los dedos colectores. El módulo fotovoltaico incluye entonces menos espaciados entre las subcélulas de una misma cadena que en un módulo en el que las subcélulas se hubieran recortado paralelamente a los dedos colectores. Se incrementa así la potencia eléctrica del módulo por unidad de superficie. El hecho de que el módulo según la invención incluya, por el contrario, más cadenas y, por tanto, más espaciados entre estas cadenas, no supone inconveniencia, pues estos espaciados son menores que aquellos entre las subcélulas de una cadena (aproximadamente 1 mm, en comparación con 2,5 mm entre las subcélulas).The elementary cells, or subcells, of the photovoltaic module according to the invention advantageously have a width l (in direction 41) less than or equal to the standard dimension of the photovoltaic cells (e.g. 156 mm) and a length L sc ( in direction 42) strictly less than its width. This is because the sub-cells have been made by cutting full-size photovoltaic cells perpendicular to the collector fingers. The photovoltaic module then includes fewer spacings between the sub-cells of the same string than in a module in which the sub-cells would have been trimmed parallel to the collector fingers. This increases the electrical power of the module per unit area. The fact that the module according to the invention includes, on the contrary, more chains and, therefore, more spacing between these chains, is not inconvenient, since these spacings are smaller than those between the sub-cells of a chain (approximately 1 mm, compared to 2.5mm between subcells).
En el modo preferente de realización de las figuras 4A a 4E, la anchura l de las subcélulas 40 es igual a la anchura de una semicélula, esto es, 78 mm, y la longitud Lsc de las subcélulas 40 varía según el número de subcélulas recortadas de cada célula 10. La longitud Lsc de las subcélulas está comprendida preferentemente entre 30,6 mm y 52,5 mm, lo cual corresponde a 3-5 subcélulas por grupo 400, teniendo en cuenta que ciertas células del grupo pueden tener una longitud más grande que otras. En efecto, el extremo superior “52,5 mm” es la longitud máxima de las subcélulas con formato 1/6 en el caso de células seudocuadradas (52 mm para células cuadradas) y el extremo inferior “30,6 mm” es la longitud mínima de las subcélulas con formato 1/10 en el caso de células seudocuadradas (31,2 para células cuadradas).In the preferred embodiment of Figures 4A to 4E, the width l of the subcells 40 is equal to the width of a half cell, that is, 78 mm, and the length L sc of the subcells 40 varies according to the number of subcells clipped from each cell 10. The length L sc of the sub-cells is preferably between 30.6 mm and 52.5 mm, which corresponds to 3-5 sub-cells per group 400, taking into account that certain cells of the group may have a longer length than others. Indeed, the upper end “52.5 mm” is the maximum length of the subcells with 1/6 format in the case of pseudo-square cells (52 mm for square cells) and the lower end “30.6 mm” is the length minimum of sub-cells with 1/10 format in the case of pseudo-square cells (31.2 for square cells).
La obtención de un módulo fotovoltaico de elevado voltaje y de baja corriente presenta numerosas ventajas. Una corriente eléctrica menor equivale a unas menores pérdidas resistivas en las interconexiones del módulo, comparativamente con los módulos convencionales y, por tanto, un mejor factor de llenado FF. Asimismo, se disminuyen las pérdidas resistivas en los conductores de la instalación fotovoltaica, por ejemplo entre dos módulos consecutivos de una cadena de módulos. Por otro lado, el hecho de disponer de un voltaje más elevado a la salida del módulo permite equipar cada módulo fotovoltaico con un microondulador, pues este último ya no necesita elevar el voltaje del módulo al nivel de la tensión de la red. Antes, esta solución no era concebible con los módulos convencionales, por causa del considerable coste de los microonduladores. Por cuanto que se suprime la etapa elevadora de voltaje de los microonduladores, su coste se reduce y se puede prever un ondulador por módulo, en vez de un solo ondulador para toda una cadena de módulos. Un módulo fotovoltaico que tiene su propio ondulador reviste un particular interés, pues así es menos sensible a las perturbaciones que puede experimentar el módulo, por ejemplo un sombreado parcial.Obtaining a high voltage, low current photovoltaic module has many advantages. A lower electrical current equates to lower resistive losses in the module interconnections, compared to conventional modules and therefore a better fill factor FF. Likewise, the resistive losses in the conductors of the photovoltaic installation are reduced, for example between two consecutive modules of a chain of modules. On the other hand, the fact of having a higher voltage at the output of the module makes it possible to equip each photovoltaic module with a microconductor, since the latter no longer needs to raise the voltage of the module to the level of the grid voltage. Before, this solution was not conceivable with conventional modules, due to the considerable cost of the microconductors. Since the step-up step of the microconductors is eliminated, their cost is reduced and one inverter per module, instead of a single inverter, can be provided for a whole chain of modules. A photovoltaic module that has its own inverter is of particular interest, as it is thus less sensitive to the disturbances that the module may experience, for example partial shading.
Por supuesto, cada célula fotovoltaica o semicélula se puede recortar en mayor número de subcélulas, por ejemplo 6, con el fin de disminuir más la corriente eléctrica del módulo y, con ello, las pérdidas resistivas. No obstante, cuanto mayor sea este número, mayor será la tasa de recombinación de los portadores de carga en el grupo de subcélulas, con respecto a una célula o una semicélula de tamaño equivalente. Y es que un grupo de subcélulas incluye numerosos bordes donde se concentran las recombinaciones de portadores de carga. El mejor compromiso entre la disminución de la corriente eléctrica del módulo y las pérdidas por recombinación de los portadores de carga se alcanza para subcélulas que tienen una razón anchura a longitud comprendida entre 1,48 y 2,55. Una razón anchura a longitud de 1,48 corresponde al corte de tres subcélulas 40 por semicélula 30 (Fig. 4A) o de tres subcélulas 70 por célula fotovoltaica 10 de tamaño completo (Fig. 7). Una razón anchura a longitud de 2,55 corresponde al corte de cinco subcélulas 40 por semicélula 30 o de cinco subcélulas 70 por célula fotovoltaica 10 de tamaño completo.Of course, each photovoltaic cell or half cell can be cut into a greater number of subcells, for example 6, in order to further reduce the electrical current of the module and, with it, the resistive losses. However, the higher this number, the higher the rate of recombination of the charge carriers in the group of sub-cells, with respect to a cell or half-cell of equivalent size. And it is that a group of sub-cells includes numerous edges where the recombinations of charge carriers are concentrated. The best compromise between the decrease in the electrical current of the module and the recombination losses of the charge carriers is reached for subcells that have a width-to-length ratio between 1.48 and 2.55. A width to length ratio of 1.48 corresponds to the cut-off of three sub-cells 40 per half-cell 30 (Fig. 4A) or of three sub-cells 70 per full-size photovoltaic cell 10 (Fig. 7). A width to length ratio of 2.55 corresponds to the cutoff of five subcells 40 per half cell 30 or five subcells 70 per full-size photovoltaic cell 10.
El procedimiento de fabricación según la invención permite, asimismo, obtener módulos fotovoltaicos cuyas eficiencia y fiabilidad se ven incrementadas con respecto a los módulos fotovoltaicos de células enteras o de semicélulas de la técnica anterior. Estas mejoras se obtienen redimensionando las interconexiones 420A-420C utilizadas en la etapa F3 de stringing (Figs. 4C, 5C y 7). En efecto, puesto que la corriente eléctrica es menor, se puede disminuir la sección de las interconexiones sin rebajar muy significativamente las ganancias en cuanto a pérdidas resistivas (obtenidas mediante la disminución de la corriente eléctrica).The manufacturing process according to the invention also makes it possible to obtain photovoltaic modules whose efficiency and reliability are increased with respect to the photovoltaic modules with whole cells or with half cells of the prior art. These improvements are obtained by resizing the interconnections 420A-420C used in the stringing stage F3 (Figs. 4C, 5C and 7). Indeed, since the electric current is lower, the cross-section of the interconnections can be reduced without very significantly lowering the gains in terms of resistive losses (obtained by reducing the electric current).
Los hilos conductores utilizados en la etapa F3 dentro del ámbito de la tecnología “SmartWire” y “Multi-Busbar” tienen ventajosamente un diámetro inferior o igual a 200 pm, y preferentemente inferior o igual a 180 pm. Cuando se utilizan las tiras conductoras, estas tienen ventajosamente una anchura inferior o igual a 1 mm, por ejemplo de 0,8 mm, y un espesor inferior o igual a 180 pm. En los módulos fotovoltaicos de la técnica anterior, habitualmente tienen una anchura de 1,5 mm (configuración de 3 barras de conexión) o una anchura de 1,2 mm (configuración de 4 barras de conexión), y un espesor superior o igual a 200 pm.The conductive wires used in step F3 within the scope of "SmartWire" and "Multi-Busbar" technology advantageously have a diameter less than or equal to 200 pm, and preferably less than or equal to 180 pm. When conductive strips are used, they advantageously have a width of less than or equal to 1 mm, for example 0.8 mm, and a thickness of less than or equal to 180 pm. In prior art photovoltaic modules, they typically have a width of 1.5 mm (3-tie rod configuration) or a width of 1.2 mm (4 tie-rod configuration), and a thickness greater than or equal to 200 pm.
A título de ejemplo, en un módulo fotovoltaico convencional que comprende una cadena de células fotovoltaicas enteras (156 mm x 156 mm) conectadas dos a dos mediante tres tiras de dimensiones 1,5 mm x 0,2 mm, la sección transversal (es decir, en la dirección 42) total de las interconexiones es igual a 0,9 mm2 (esto es, 5,77.10-3 mm2/mm, repartiendo la sección en toda la longitud de las células). A título comparativo, en un módulo fotovoltaico que comprende tres cadenas de subcélulas de 52 mm x 78 mm (sextos de célula) conectadas dos a dos mediante una sola tira de dimensiones 0,8 mm x 0,15 mm, la sección transversal total de las interconexiones es igual a 0,36 mm2 (esto es, 2,31.10-3 mm2/mm, repartiendo la sección en la longitud aunada de las subcélulas). Así, la sección transversal se reduce en el 60 % aproximadamente.By way of example, in a conventional photovoltaic module comprising a string of whole photovoltaic cells (156 mm x 156 mm) connected two by two by three strips of dimensions 1.5 mm x 0.2 mm, the cross section (i.e. , in direction 42) total of the interconnections is equal to 0.9 mm 2 (that is, 5.77.10 -3 mm 2 / mm, distributing the section over the entire length of the cells). By way of comparison, in a photovoltaic module comprising three strings of 52 mm x 78 mm sub-cells (sixths of cells) connected two by two by a single strip of dimensions 0.8 mm x 0.15 mm, the total cross section of the interconnections is equal to 0.36 mm 2 (that is, 2.31.10 -3 mm 2 / mm, distributing the section over the combined length of the sub-cells). Thus, the cross section is reduced by about 60%.
En el caso de las interconexiones por hilos, la tecnología “SmartWire” habitualmente se lleva a la práctica sobre células fotovoltaicas enteras (156 mm x 156 mm) con 18 hilos de 300 pm de diámetro, con el fin de obtener la mejor eficiencia. La sección transversal total de estas interconexiones es entonces igual a 1,27 mm2 (esto es, 8,14.10-3 mm2/mm). Merced al procedimiento según la invención, se pueden conectar (dos a dos) sextos de célula (52 mm x 78 mm) mediante seis hilos de 150 pm de diámetro o cuatro hilos de 180 pm de diámetro. La sección transversal total de conductor es entonces de 0,31 mm2 aproximadamente (esto es, 2,0.10-3 mm2/mm), lo cual representa una reducción aproximada del 75 %.In the case of wire interconnections, “SmartWire” technology is usually implemented on whole photovoltaic cells (156 mm x 156 mm) with 18 wires of 300 pm in diameter, in order to obtain the best efficiency. The total cross section of these interconnections is then equal to 1.27 mm 2 (that is, 8.14.10 -3 mm 2 / mm). Thanks to the method according to the invention, (two to two) sixths of cells (52 mm x 78 mm) can be connected by six wires of 150 µm in diameter or four wires of 180 µm in diameter. The total cross section of conductor is then 0.31 mm 2 approximately (ie 2,0.10 -3 mm 2 / mm), which represents a reduction of approximately 75%.
Para la realización de módulos fotovoltaicos basados en células bifaciales, que suministran más corriente debido a la contribución de la cara posterior, se puede utilizar una sección de interconexión ligeramente más elevada. Por ejemplo, se pueden conectar (dos a dos) sextos de célula (52 mm x 78 mm) mediante cuatro hilos de 200 pm de diámetro, en lugar de 180 pm. La sección transversal total de conductor es entonces de 0,37 mm2 aproximadamente (esto es, 2,4.10-3 mm2/mm).For the realization of photovoltaic modules based on bifacial cells, which supply more current due to the contribution of the rear face, a slightly higher interconnection section can be used. For example, (two to two) sixths of cells (52mm x 78mm) can be connected by four 200 µm diameter wires, instead of 180 µm. The total conductor cross section is then about 0.37 mm 2 (ie 2.4.10 -3 mm 2 / mm).
También se pueden obtener reducciones de sección transversal con células enteras recortadas en 4, 8 o 10 subcélulas, en vez de en 6, con reducciones más acusadas aumentando el número de subcélulas. De este modo, cuando se cuenta con 3 a 5 subcélulas por grupo, los hilos eléctricos tienen ventajosamente en cada subcélula una sección transversal trasladada a la longitud Lsc de la subcélula inferior a 0,0025 mm2/mm, y preferentemente inferior a 0,0021 mm2/mm.Cross-sectional reductions can also be obtained with whole cells trimmed by 4, 8, or 10 subcells, instead of 6, with sharper reductions by increasing the number of subcells. Thus, when there are 3 to 5 subcells per group, the electrical wires advantageously have in each subcell a cross section translated to the length L sc of the subcell of less than 0.0025 mm 2 / mm, and preferably less than 0. 0.0021 mm 2 / mm.
La reducción de la sección de las interconexiones conduce a una disminución de las tensiones de expansión térmica en las interconexiones y, consecuentemente, a una mejor fiabilidad de los módulos fotovoltaicos. Las interconexiones, asimismo, son más flexibles, lo cual permite aproximar más los diferentes grupos de subcélulas con el fin de realizar módulos más compactos. Por ejemplo, el espacio entre dos grupos de subcélulas consecutivos puede ser inferior a 1,3 mm utilizando hilos de diámetro 150 gm o menos. En otras palabras, las subcélulas de cada cadena están equiespaciadas en la dirección 41 a una distancia inferior o igual a 1,3 mm, por ejemplo, 1 mm. En la dirección 42, las cadenas de subcélulas ventajosamente están espaciadas dos a dos a una distancia inferior o igual a 1,0 mm.The reduction of the cross-section of the interconnections leads to a decrease in the thermal expansion stresses in the interconnections and, consequently, to a better reliability of the photovoltaic modules. The interconnections, They are also more flexible, which allows the different groups of sub-cells to be brought closer together in order to make more compact modules. For example, the space between two consecutive sub-cell groups can be less than 1.3 mm using 150 gm diameter wires or less. In other words, the sub-cells of each chain are equally spaced in direction 41 at a distance less than or equal to 1.3 mm, for example 1 mm. In direction 42, the sub-cell chains are advantageously spaced two by two at a distance less than or equal to 1.0 mm.
El reducir la sección de las interconexiones permite adicionalmente, en el caso de los hilos conductores, disminuir el coste de fabricación del módulo. En efecto, así se reduce la cantidad de la aleación que recubre las almas de cobre de los hilos y que permite su soldadura en las barras de conexión o los dedos colectores. Esto es particularmente cierto para la tecnología “SmartWire”, donde el recubrimiento de los hilos conductores está basado en indio, un material cuyo precio es muy elevado. Por ejemplo, pasando de hilos de 300 gm de diámetro a hilos de 150 gm de diámetro, se divide por dos la cantidad de indio (el espesor de la capa de aleación es constante, solo disminuye su perímetro). Reducing the cross-section of the interconnections further allows, in the case of conductive wires, to reduce the cost of manufacturing the module. In effect, this reduces the quantity of the alloy that covers the copper cores of the wires and that allows them to be brazed on the connecting bars or the collector fingers. This is particularly true for “SmartWire” technology, where the coating of the conductive wires is based on indium, a material that is very expensive. For example, going from 300 gm diameter wires to 150 gm diameter wires, the amount of indium is divided by two (the thickness of the alloy layer is constant, only its perimeter decreases).
La reducción de la sección de las interconexiones lleva asimismo consigo un aumento de la potencia eléctrica de los módulos fotovoltaicos, pues es menor el sombreado causado por las interconexiones. De este modo, las subcélulas producen más corriente para una misma insolación. Estas ganancias en corriente son aún más significativas con hilos conductores, pues, por su forma cilíndrica, el sombreado efectivo no corresponde más que al 70 % del diámetro de hilos. Por ejemplo, para un hilo de 150 gm de diámetro, el sombreado real no es más que de 105 gm de anchura. Reducing the cross-section of the interconnections also leads to an increase in the electrical power of the photovoltaic modules, since the shading caused by the interconnections is less. In this way, the subcells produce more current for the same insolation. These current gains are even more significant with conductive wires, because, due to their cylindrical shape, the effective shading does not correspond to more than 70% of the diameter of the wires. For example, for a 150 gm diameter wire, the actual shading is no more than 105 gm wide.
De este modo, cuando se combina el procedimiento de fabricación de la invención con la tecnología de interconexión “SmartWire”, se pueden obtener, a bajo coste (menores cantidades de plata y de indio), módulos fotovoltaicos de gran fiabilidad (ausencia de tensiones en la manipulación de las cadenas, pocas tensiones de expansión térmica) y de alta eficiencia (pérdidas resistivas, sombreado).In this way, when the manufacturing process of the invention is combined with the "SmartWire" interconnection technology, highly reliable photovoltaic modules can be obtained at low cost (lower amounts of silver and indium) (absence of voltages in handling of chains, few thermal expansion stresses) and high efficiency (resistive losses, shading).
Evidentemente, el procedimiento de fabricación según la invención no queda limitado a las formas de realización descritas con referencia a las figuras 4 a 7, y otras variantes se pondrán de manifiesto para un experto en la materia. En particular, el procedimiento de fabricación es aplicable en todo tipo de células fotovoltaicas, de homounión o heterounión, basadas en silicio (monocristalino, multicristalino, amorfo). Obviously, the manufacturing method according to the invention is not limited to the embodiments described with reference to Figures 4 to 7, and other variants will become apparent to a person skilled in the art. In particular, the manufacturing process is applicable in all types of photovoltaic cells, homojunction or heterojunction, based on silicon (monocrystalline, multicrystalline, amorphous).
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